Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.6
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pp.160-166
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2018
The worldwide semi-conductor market has been growing for a long time. Manufacturing lines of semi-conductors need to handle several types of toxic gases. In particular, they need to be controlled accurately in real time. This type of toxic gas control system consists of many different kinds of parts, e.g., fittings, valves, tubes, filters, and regulators. These parts obviously need to be manufactured precisely and be corrosion resistant because they have to control high pressure gases for long periods without any leakage. For this, surface machining and hardening technologies of the metal block and metal gasket need to be studied. This type of study depends on various factors, such as geometric shapes, part materials, surface hardening method, and gas pressures. This paper presents strong concerns on a series of simulation processes regarding the differences between the inlet and outlet pressures considering several different fluid velocity, tube diameters, and V-angles. Indeed, this study will very helpful to determine the important design factors as well as precisely manufacture these parts. The EP (Electrolytic Polishing) process was used to obtain cleaner surfaces, and hardness tests were carried out after the EP process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.12
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pp.1057-1064
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2014
Recently, there has been a growing interest in sustainable energy. One method that has been used is an organic Rankine cycle using conventional turbine technology with a low-temperature waste heat source. A 200-kW organic Rankine cycle (ORC) system was designed for a waste heat recovery application using R245fa as the working fluid. A radial turbine running at 15,000 rpm was employed to generate more than 200 kW with an expansion ratio of nine. Because an ORC turbine uses a refrigerant as the working fluid, the ideal gas law was not employed to design the turbine. In addition, the complexity of the molecular structure of R245fa made it difficult to design the turbine. Because R245fa has an Ma value of one at a low velocity for the working fluid (about 1/3 of the speed of sound in air) at about $100^{\circ}C$, it easily reaches a supersonic flow condition with a small pressure expansion. To increase the efficiency of the turbine, a dual stage radial-type turbine with a subsonic speed was suggested. This paper will describe the design procedure and performance evaluation of the ORC turbine using R245fa.
In this study, the wind environment in an urban area near Sungneymun gate was numerically investigated in the cases of inflow directions. The wind fields for the target area were simulated using Geographic Information System data and Computational Fluid Dynamics model. Results, including vector fields, three-dimensional wind velocity components, and wind speeds, were analyzed to examine flow characteristics. Wind direction variability affected by buildings was shown in the target area. The complex flows around Sungneymun did not depend on the inflow direction as a boundary condition. The wind speed around Sungneymun was generally 3 times stronger at 14 m above ground level (AGL) compared to the surface wind at 2 m AGL and relatively high in the case of easterly inflow. The effect of wind was also analyzed to be relatively significant at the southeast side of Sungneymun. Thus, it was suggested that the assessment of wind environment affected by high-rise and high-density buildings should be necessary for the architectural heritage in urban areas.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.11
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pp.740-746
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2017
Infrared signatures emitted from hot exhaust gases generated by the internal combustion engine and generator of naval ships and from the metal surfaces of the funnel have become the targets of infrared homing missiles, which is the main cause of a reduced survivability of naval ships. The infrared signatures from the exhaust gas and the metal surface of a funnel can be reduced by installing an infrared signature suppression (IRSS) system on a ship. The IRSS system consists of three parts: an eductor that generates turbulent flow of the exhaust gas, a mixing tube that mixes the exhaust gas with ambient air, and a diffuser that forms an air film using the pressure difference between the inside and outside air. As a basic study to develop an IRSS system using domestic technology, this study analyzed the model test conditions of an IRSS system developed by an overseas engineering company and installed on a domestic naval ship, and a numerical heat-flow analysis was conducted based on the results of the aforementioned analysis. Numerical heat-flow analysis was performed using a commercial numerical-analysis application, and various turbulence models were considered. As a result, the temperature and velocity of the exhaust gas at the educator inlet and diffuser outlet and that of the metal surface of the diffuser were measured, and found to agree well with the measurement results of the model test.
In this study, we calculated the smoke movement at the fire area of the refuge floor which has the refuge safety area in case of fire in the high rise building by using a computational fluid dynamics (CFD) code of FLUENT (ver. 13.0). The buoyancy plume was applied using the temperature and flow velocity which represent 10 MW heat release rate in order to describe the fire, and the smoke movement was predicted using a species conservation equation. The pressurization system of smoke control was adopted with smoke control damper in refuge safety area, at the result, it is confirmed that the damper capacity was enough to smoke control in which the flow rate of supply was applied 25 $m^3/s$ in the case of the door at fire area opened only, and 50 $m^3/s$ in the doors at the fire area and lobby both opened case. They were satisfied in NFSC 501-A. Even though the door of fire area closed, there were smoke leakages at the gap between the door and wall. In addition, the refugee could be isolated in the fire area when the door of fire area closed during smoke control in the case of using the high damper flow rate of supply, 50 $m^3/s$. Therefore the proper damper flow rate of supply are needed in order to prevent the damage of refugee and this study proposes the suitable condition of damper capacity according to refuge scenario.
Recently, a lot of studies have been made about the methods used to generate turbulent velocity fields stochastically in order to effectively predict broadband flow noise. Among them, the FRPM (Fast Random Particle Mesh) method which generates turbulence with specific statistical properties using turbulence kinetic energy and dissipation obtained from the steady solution of the RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) equations has been successfully applied. However, the FRPM method cannot be applied to the flow noise problems involving intrinsic unsteady characteristics such as centrifugal fan. In this paper, to effectively predict the broadband noise generated by centrifugal fan, U-FRPM (unsteady FRPM) method is developed by extending the FRPM method to be combined with the unsteady numerical solutions of the unsteady RANS equations to generate the turbulence considered as broadband noise sources. Firstly, an unsteady flow field is obtained from the unsteady RANS equations through CFD (Computational Fluid Dynamics). Then, noise sources are generated using the U-FRPM method combined with acoustic analogy. Finally, the linear propagation model which is realized through BEM (Boundary Element Method) is combined with the generated sources to predict broadband noise at the listeners' position. The proposed technique is validated to compare its prediction result with the measured data.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.216-227
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2004
A new cavitating model by using bubble size distribution based on bubbles-mass has been proposed. Both liquid and vapor phases are treated with Eulerian framework as a mixture containing minute cavitating bubbles. In addition vapor phase consists of various sizes of vapor bubbles, which are distributed to classes based on their mass. The bubble number-density for each class was solved by considering the change of the bubble-mass due to phase change as well as generation of new bubbles due to heterogeneous nucleation. In this method, the bubble-mass is treated as an independent variable, and the other dependent variables are solved in spatial coordinates and bubble-mass coordinate. Firstly, we employed this method to calculate bubble nucleation and growth in stationary super-heated liquid nitrogen, and bubble collapse in stationary sub-cooled one. In the case of bubble growth in super-heated liquid, bubble number-density of the smallest class based on its mass is increased due to the nucleation. These new bubbles grow with time, and the bubbles shift to larger class. Therefore void fraction of each class is increased due to the growth in the whole class. On the other hand, in the case of bubble collapse in sub-cooled liquid, the existing bubbles are contracted, and then they shift to smaller class. It finally becomes extinct at the smallest one. Secondly, the present method is applied to a cavitating flow around NACA00l5 foil. Liquid nitrogen and liquid oxygen are employed as working fluids. Cavitation number, $\sigma$, is fixed at 0.15, inlet velocities are changed at 5, 10, 20 and 50m/s. Inlet temperatures are 90K in case of liquid nitrogen, and 90K and 1l0K in case of liquid oxygen. 110K of oxygen is corresponding to the 90K of nitrogen because of the same relative temperature to the critical one, $T_{r}$=$T/T_c^{+}$. Cavitating flow around the NACA0015 foils was properly analyzed by using bubble size distribution. Finally, the method is applied to a cavitating flow in an inducer of the LE-7A hydrogen turbo-pump. This inducer has 3 spiral foils. However, for simplicity, 2D calculation was carried out in an unrolled channel at 0.9R cross-section. The channel moves against the fluid at a peripheral velocity corresponding to the inducer revolutions. Total inlet pressure, $Pt_{in}$, is set at l00KPa, because cavitation is not generated at a design point, $Pt_{in}$=260KPa. The bubbles occur upstream of the foils and collapse between them. Cavitating flow in the inducer was successfully predicted by using the bubble size distribution.
The present study investigated flow dynamics of a straight elastic blood vessel under sinusoidal flow conditions in order to understand influence of wall motion and impedance phase angle(time delay between pressure and flow waveforms) on wall shear stress distribution using computational fluid dynamics. For the straight elastic tube model considered in the our method of computation. The results showed that wall motion induced additional terms in the axial velocity profile and the pressure gradient. These additional terms due to wall motion reduced the amplitude of wall shear stress and also changed the mean wall shear stress. Te trend of the changes was very different depending on the impedance phase angle. As the wall shear stress increased. As the phase angle was reduced from 0$^{\circ}$to -90$^{\circ}$for ${\pm}$4% wall motion case, the mean wall shear stress decreased by 10.5% and the amplitude of wasll shear stress increased by 17.5%. Therefore, for hypertensive patients vulnerable state to atherosclerosis according to low and oscillatory shear stress theory.
Chang, Jaehun;Lee, Gunhee;Jung, Minyoung;Baek, Heumkyung;Lee, Changha;Oh, Min
Korean Chemical Engineering Research
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v.57
no.5
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pp.628-636
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2019
In various industrial processes, piping serves as a link between unit processes and is an essential installation for internal flow. Therefore, the optimum design of the piping system is very important in terms of safety and cost, which requires the estimation of the pressure drop, flow rate, pipe size, etc. in the piping system. In this study, we developed a software that determines pressure drop, flow rate, and pipe size when any two of these design variables are known. We categorized the flows into single phase, homogeneous two phase, and separated two phase flows, and applied suitable calculation models accordingly. We also constructed a system library for the calculation of the pipe material, relative roughness, fluid property, and friction coefficients to minimize user input. We further created a costing library according to the piping material for the calculation of the investment cost of the pipe per unit length. We implemented all these functions in an integrated environment using a graphical user interface for user convenience, and C # programming language. Finally, we verified the accuracy of the software using literature data and examples from an industrial process with obtained deviations of 1% and 8.8% for the single phase and two-phase models.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.2
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pp.52-60
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2002
Line heating is a forming process which makes the curved surface with the residual strain created by applying heat source of high temperature to steel plate. in order to control the residual strain, it is necessary to understand not only conductive heat transfer between heat source and steel plate, but also temperature distribution of steel plate. In this paper we attempted to analyze is temperature distribution of steel plate by simplifying a line heating process to collision-effusive flux of high temperature and high velocity, and conductive heat transfer phenomenon. To analyze this, combustion in the torch is simplified to collision effusive phenomenon before analyzing turbulent heat flux. The distribution of temperature field between the torch and steel plate is computed through turbulent heat flux analysis, and the convective heat transfer coefficient between effusive flux and steel plate is calculated using approximate empirical Nusselt formula. The velocity of heat flux into steel plate is computed using the temperature distribution and convective heat transfer coefficient, and temperature field in the steel plate is obtained through conductive heat transfer analysis in which the traction is induced by velocity of heat flux. In this study, Finite Element Method is used to accomplish turbulent heat flux analysis and conductive heat transfer analysis. FEA results are compared with empirical data to verify results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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