When a recess is applied to a swirl coaxial injector that uses liquid and gas propellants, a self-pulsation phenomenon in which the spray oscillates at regular intervals may occur. The phenomenon is caused by the interaction between the liquid and gas propellants inside the injector recess region. The propellants' kinetic energies are expected to affect significantly the spray oscillation. Therefore, cold-flow tests using helium as a gas-simulating propellant were conducted and compared with the results of the previous study using air. Dynamic pressure was measured in the injector manifold and frequency characteristics were investigated through the fast Fourier transform analysis. In the experimental environment, the helium density was about seven times lower than the air density. Accordingly, the intensity of pressure fluctuations was confirmed to be greater when air was used. At the same kinetic energy condition, the perturbation frequency was almost identical in the low flow rate conditions. However, as the flow rate increased, the self-pulsation frequency was higher when helium was used.
A very high-temperature gas reactor (VHTR) is one of the next generation nuclear reactors owing to its safety, high energy efficiency, and proliferation-resistance. Heat is transferred from the primary helium loop to the secondary helium loop through an intermediate heat exchanger (IHX). Under VHTR environment Alloy 617 is being considered a candidate Ni-based superalloy for the IHX of a VHTR, owing to its good creep resistance, phase stability and corrosion resistance at high temperature. In this study, high-temperature corrosion tests were carried out at 850 - $950^{\circ}C$ in air and impure helium environments. Alloy 617 specimens showed a parabolic oxidation behavior for all temperatures and environments. The activation energy for oxidation was 154 kJ/mol in helium environment, and 261 kJ/mol in an air environment. The scanning electron microscope (SEM) and energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS) results revealed that there were a Cr-rich surface oxide layer, Al-rich internal oxides and depletion of grain boundary carbide after corrosion test. The thickness and depths of degraded layers also showed a parabolic relationship with the time. A corrosion rate of $950^{\circ}C$ in impure helium was higher than that in an air environment, caused by difference in the outer oxide morphology.
Alloy 617 is a Ni-base superalloy and a candidate material for the intermediate heat exchanger (IHX) of a very high temperature gas reactor (VHTR) which is one of the next generation nuclear reactors under development. The high operating temperature of VHTR enables various applications such as mass production of hydrogen with high energy efficiency. Alloy 617 has good creep resistance and phase stability at high temperatures in an air environment. However, it was reported that the mechanical properties decreased at a high temperature in an impure helium environment. In this study, high-temperature corrosion tests were carried out at $850^{\circ}C-950^{\circ}C$ in a helium environment containing the impurity gases $H_2$, CO, and $CH_4$, in order to examine the corrosion behavior of Alloy 617. Until 250 h, Alloy 617 specimens showed a parabolic oxidation behavior at all temperatures. The activation energy for oxidation in helium environment was 154 kJ/mol. The SEM and EDS results elucidated a Cr-rich surface oxide layer, Al-rich internal oxides and depletion of grain boundary carbides. The thickness and depths of degraded layers also showed a parabolic relationship with time. A normal grain growth was observed in the Cr-rich surface oxide layer. When corrosion tests were conducted in a pure helium environment, the oxidation was suppressed drastically. It was elucidated that minor impurity gases in the helium would have detrimental effects on the high-temperature corrosion behavior of Alloy 617 for the VHTR application.
Ahn, Byung Soo;Moon, Dong Min;Lee, Jin Bok;Kim, Jin Seog;Lee, Jin-Hong;Hong, Kiryong
분석과학
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제33권2호
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pp.68-75
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2020
We have developed 10 μmol/mol nitrogen and oxygen certified reference materials (CRMs) in helium, as a SI-traceable gas standard for a quantifying of impurities in pure gases for the first time in Korea. The standard gas mixtures of nitrogen and oxygen were prepared in 5000 μmol/mol and sequentially were diluted to 250 μmol/mol and 10 μmol/mol according to the gravimetric preparation. In each dilution step, two cylinders of CRMs were prepared. The verification of internal consistency among the prepared gas mixtures was performed by using GC-TCD. The amount fractions and those expanded uncertainties (k = 2) of nitrogen and oxygen in the standard gas mixtures were (10.12 ± 0.08) μmol/mol and (10.18 ± 0.08) μmol/mol for nitrogen, and (9.88 ± 0.06) μmol/mol and (9.94 ± 0.06) μmol/mol for oxygen, respectively. We have conducted a purity assessment of two commercial helium gases using developed CRMs. As the results of the purity assessment, nitrogen and oxygen were detected by (1.66 ± 0.03) μmol/mol and (0.31 ± 0.02) μmol/mol, respectively, as the impurities in one of the pure helium.
The effects of noble gas (such as helium, neon, argon, krypton, and xenon) on the sonolytic decomposition of water and 2-methyl-2-propanol(t-butanol) with 200 KHz high power ultrasound were investigated. The physical properties of the noble gas have an effect on the formation rate of products $(H_2O_2,\;H_2,\;O_2)$ and the decomposition rate on the sonolytic decomposition of water. The pyrolysis products, such as methane, ethane, ethylene, and acetylene are formed during the sonolytic decomposition of t-butanol. From the estimation of the ratio $[C_2H_4+C_2H_2] / [C_2H_6]$, the cavitation temperature would be varied by the used noble gas. In all cases for the sonolytic decomposition of water, t-butanol, and diethyl phthalate, the decomposition rates were xenon > krypton > argon > neon > helium with a significant difference and were closely correlated with the formation rate of OH radical and high temperature inside the cavitation bubble under each noble gas.
This paper describes numerical modeling for thermal characteristic of vapor-cooled current leads under pulse operation. The transient thermal analysis considers the temperature difference between a helium gas (low and a copper lead and temperature dependent properties of helium gas, copper and stainless steel. This numerical modeling was compensated and validated by an experiment with commercially available 100 A vapor-cooled current leads. A proper overloading factor was suggested for the current leads under pulse operation through this modeling, which can significantly reduce heat input to a cryostat.
The experiment was done to investigate extinguishing concentrations of different inert gases of verying concentrations made in contact with Kerosene. The experimental results obtained are as follows; at a standard amount of air flow was 40L/min, the extinguishing concentration of Argon, Nitrogen, Carbon dioxide and Helium for Kerosene were 36.5%, 27.3%, 17.4%, 12.3%, respectively. And, according to these results, Helium of 12.3% showed the lowest extinguishing concentration.
할로겐족 원소들의 강한 원자 방출선들은 진공자외선 영역에 존재하여, 공기 중에서 레이저 펄스를 시료에 집속하여 플라즈마 방출 스펙트럼을 얻어 원소 분석을 수행하기 매우 어렵다. 또한 근적외선 영역에 할로겐족 원소들의 들뜬 전자 상태들 사이의 전이에 의한 원자 방출선들이 존재하는데, 이들은 스타크 효과에 의한 선폭 넓어짐 현상이 매우 커서, 공기 중에서 원소 분석에 충분한 신호 대 잡음비를 얻기 어렵다. 헬륨 가스 플로우를 이용하여 근적외선 영역의 할로겐족 원소들의 원자 방출선들은 레이저유도 플라즈마로부터 관측하였다. 특히, 804.374 nm와 905.833 nm의 아이오딘 원자 방출선들은 레이저유도 플라즈마에서 처음으로 관찰된 것이다. 헬륨 분위기에서 스타크 효과에 의한 선폭 넓어짐 현상과 연속 배경복사의 세기는 현저히 억제되었다. 헬륨 가스 플로우의 유량에 따른 원자 방출선의 세기, 플라즈마 온도, 전자 밀도의 변화를 조사하였다. 이 방법을 이용하여 고무의 난연제 성분에 포함된 염소와 불소를 레이저유도 플라즈마 분광법을 이용하여 검출하였다. 마지막으로 레이저유도 플라즈마 분광법을 이용하여 할로젠 원소들을 검출하는데 헬륨 가스 소모량을 줄일 수 있는 가스 펄스 젯 장치를 제안한다.
This study has been conducted by experiments for distribution of concentration of helium gas, which is jetted into stationary atmosphere at the normal temperature and pressure. It is able to obtain the data for concentration of helium and air mixtures by the use of hot wire probe which has fast response. At an up stream, the concentration gradient which is attained is steep. At a down stream, the mixing time of helium and air is gradually shortened with the lapse of time in front of a jet. The arrival frequency of a jet in an unsteady area is mostly constant from 0% to 100% up to 80mm, but the time which is reaching to 100% is gradually to lengthen as a descending downstream. After starting a jet and the point of 90%, the mixing time is especially to lengthen. This reason comes from the turbulent intensity which causes for mixing of helium and air. This time difference which causes according to lengthen a jet should be considered in the design of combustion chamber.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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