Based on Maxwell-Eucken(ME) model, which is one of structural models, a new model for predicting the effective thermal conductivity of variably saturated porous materials is proposed. The new model is a linear combination of three ME models having matrix, water, and air as a continuous phase. The coefficient of the corresponding linear equation is defined by a parameter referred to as 'the continuity coefficient', which provides a relative degree of continuity of each phase. The continuity coefficient of matrix is assumed to be linearly proportional to porosity. The model can be linear or nonlinear depending on how the continuity coefficients of water and air vary with water saturation. The feasibility of the proposed model was examined by both numerical and experimental results. Both linear and nonlinear models showed a high accuracy of prediction with $R^2$ values of 0.86-0.98 and 0.88-0.99, respectively. The numerical and experimental results also showed that the continuity coefficient of matrix was linearly proportional to porosity. Therefore, the proposed prediction model can be effectively used to estimate effective thermal conductivity of unsaturated porous materials by measuring porosity, water content and mineralogical compositions of matrix.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.9
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pp.781-788
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2012
Flow in the oxidizer manifold of a liquid rocket combustor has been analysed using an open source CFD toolbox, OpenFOAM. The applicability of OpenFOAM to the problems with complex geometries involving porous media zones for simulating the pressure drop induced by the injectors has been evaluated by performing turbulent, incompressible steady-state flow analysis. The usefulness and applicable area of the OpenFOAM as a design evaluation and analysis tool will be confirmed and enlarged by further evaluation with various computational cases representing major physical phenomena in rocket combustion devices.
In the present study, buoyant force and its stabilizing effects in an electrostatic field were examined systematically in order to reduce the effect of natural convection with thermal stratification in a horizontal fluid-saturated porous layer. The correlation of ionic mass transport induced by double-diffusive convection in a horizontal porous layer has been derived theoretically. And the theoretical model was examined by electrochemical experiments. The theoretical correlation for mass transport which is satisfying Forchheimer's flow equation and based on the micro-turbulence model is derived as a function of soltual Darcy-Rayleigh number, thermal Darcy-Rayleigh number and Lewis number. In the experiment, the mass transport of copper ions in $CuSO_4-H_2SO_4$ solution is measured by electrochemical technique. By assembling theoretical correlation and experimental results, the mass transport correlation induced by double-diffusive convection is proposed as $$Sh=\frac{0.03054(Rs_D-LeRa_D)^{1/2}}{1-3.8788(Rs_D-LeRa_D)^{-1/10}}$$ The present correlation looks flirty reasonable with comparing experimental results, and very promising for the applications of its prototype into various systems involving heat transfer as well as mass transfer, in order to control the effects of natural convection effectively.
The mechanism of radionuclide colloid transport in porous media was studied through modeling and experiment. A nondestructive column scanning system was developed to improve the traditional destructive core slicing method. With an aid of this system we could get much more results from one experiment. Neutron activated clay soaked with soluble isotopes was used as colloid suspension. Filtration coefficients obtained through the experiments show two families of colloids despite their size distribution. New modeling of polydispersed colloid transport was made with two lumped parameters. This new model simulates well. Among the soluble isotopes $^{l37}$Cs mowed mainly as a form of colloid, but $^{85}$ Sr did not.t.
Park, Byeong-Heung;Jeong, Myeong-Su;Jo, Su-Haeng;Heo, Jin-Mok
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2009.06a
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pp.296-296
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2009
산화물 사용후핵연료를 대상으로 하는 파이로 공정은 고온 용융염 매질에서 산화물을 금속으로 전환시키는 전해환원 공정으로부터 시작된다. 이후, 전해정련 공정이 도입되어 전해환원 공정에서 금속으로 환원된 생성물을 처리하게 된다. 전기화학적 공정인 이 두 공정에는 전류전달 매질인 전해질로 용융염이 사용된다. 그러나 전해환원 공정은 LiCl 염을 기반으로 하는 반면 전해정련은 LiCl-KCl 공융염 조건에서 운전하여 두 공정의 연계성 향상 및 공정 안정성 확보를 위해서는 전해환원 공정에서 생성되는 금속전환체에 존재하는 잔류염을 제거하는 공정의 도입이 두 공정사이에 고려되고 있다. 전해환원 공정에서 산화물이 금속으로 환원되는 동안 고체입자의 외형이 유지되며 따라서 제거된 산소에 의해 금속전환체에는 공극이 발생하게 된다. 또한, 전해환원에 도입되는 산화물의 물리적 형태가 분말 또는 펠렛 등 다양한 형태로 도입 가능하여 단위 입자들 사이에 많은 공극이 발생하게 된다. 이렇게 기존재하거나 또는 공정 운전에 의해 새롭게 생성된 공극에는 전해환원 매질인 LiCl 염이 침투하여 금속전환체는 염에 의해 젖게 되며 공정 종료시 고화되어 금속전환체에 포함된다. LiCl을 제거하기 위해서는 가열에 의한 증류가 연구되고 있다. 그러나 LiCl의 낮은 증기압에 의해 비교적 낮은 온도에서 증발시키기 위해서는 감압조건이 필수적으로 고려되어야 한다. 한국원자력연구원에서는 다공성 모의 금속전환체를 사용하여 LiCl에 의한 Wetting 후 적절한 증발 조건 결정을 목적으로 온도 및 압력 조건 설정을 위한 기초실험에 결과를 수행하였다. 본 연구의 기초 실험 결과 $700^{\circ}C$온도 조건과 감압조건이 잔류염 제거를 위한 공정조건임을 밝혔다. 또한 모의 금속전환체를 담고 있는 미세 다공성 Basket은 고온조건에서 공극의 변형에 의해 증발에 대한 저항으로 작용하여 증발 효율을 저하시키는 것으로 나타났다. 따라서 잔류염 제거를 위해서는 전해환원 Basket이 비교적 큰 공극을 지녀야 할 것으로 판단된다.
This study was performed to improve water quality of stream by applying hydraulic structures (weir and river bed material) made of porous concrete. The physical and chemical characteristics of porous concrete were measured to estimate application possibility of it in hydraulic structures and it was considered as a proper material for the hydraulic structures. In the results of comparison for the component of matters attached on the hydraulic structures made of porous and ordinary concrete, DW (dry weight) amount attached on porous concrete was 1.6 times higher than that on ordinary concrete under the condition of the same flow rate but influence by flow rate (difference of 10 times) was not shown. Therefore, we could understand that the material of media was more important in DW amount than flow rate. The rate of AFDM (ash free dry mass) to DW also was more at porous concrete than at ordinary concrete. Especially, the high rates of nitrogen and phosphorous in matters attached on porous concrete verify that they were removed by assimilation, adsorption and metabolism of periphyton. The removal percentage of SS, BOD, COD, T-N and T-P by hydraulic structures applying porous concrete compared with ordinary concrete was increased by 34.6%, 36.9%, 33.9%, 18.3% and 21.6%, respectively. Therefore, applying porous concrete to hydraulic structure is expected to contribute to improvement of stream water quality.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.1
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pp.97-103
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1993
This paper presents a quasi-analytical method using integral equations to obtain head distributions in unsaturated porous media with different hydrogeologic properties. One-dimensional soultion algorithms were developed for two cases of boundary conditions at the top: 1) constant head and 2) constant flux. Water table elevation at the bottom was assumed known for both cases. The methodology was applied to a fly ash disposal facility in an alluvium area. The results showed that the pressure head distributions had high nonlinearity with large gradients slightly above the interface of two media which made preliminary numerical solutions implausible. The developed method helped to structure finite element grids for improving convergence and accuracy.
The present study numerically investigated the deformation of the interface of two-phase fluids flow in a blast furnace. To simulate three-dimensional(3D) incompressible viscous two-phase flow in the furnace filled with the air and molten iron, the volume of fluid(VOF) method based on the finite volume method has been utilized. In addition, the porous medium with the porosity has been considered as the bed of the particles such as cokes and char etc. For the comparison, the single phase flow and the two-phase flow without the porosity have been simulated. The two-phase flow without porosity condition revealed the smooth parabolic profile of the free surface near the outlet. However, the free surface under the porosity condition formed the viscous finger when the free surface was close to the outlet. This viscous finger accelerated the velocity of the free surface falling and the outflow velocity of the fluids near the outlet.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.1
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pp.78-88
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2007
In the present study a detailed examination of various porous media models for predicting filtration efficiency and pressure drop of diesel particulate filter (DPF), such as sphere-in-cell and constricted tube models, are attempted. In order for demonstrating their validities of correct estimation on permeability, geometry of property configurations common in commercial cordierite DPFs are correlated to the porous media flow models, and validations of predicted filtration efficiencies due to the use of different unit collectors are made with experiments. The result shows that the porosity, pore size and permeability of cordierite DPF can be successfully correlated by Kuwabara flow field with correction factor of 0.6. The unit collector efficiency predicted by sphere-in-cell model agrees very well with measurements in accumulation mode, whereas that by constricted tube model with significant prediction error.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.12
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pp.1635-1643
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2000
The present work investigates a heat transfer phenomenon at the interface between a porous medium and an impermeable wall. In an effort to appropriately describe the heat transfer phenomenon at the interface, the heat transfer at the interface between the microchannel heat sink, which is an ideally organized porous medium, and the finite-thickness substrate is examined. From the examination, it is clarified that the he heat flux distribution at the interface is not uniform for the impermeable wall with finite thickness. On the other hand, the first approach, based on the energy balance for the representative elementary volume in the porous medium, is physically reason able. When the first approach is applied to the thermal boundary condition, and additional boundary condition based on the local thermal equilibrium assumption at the interface is used. This additional boundary condition is applicable except for the very th in impermeable wall. Hence, for practical situations, the first approach in combination with the local thermal equilibrium assumption at the interface is suggested as an appropriate thermal boundary condition. In order to confirm our suggestion, convective flows both in a microchannel heat sink and in a sintered porous channel subject to a constant heat flux condition are analyzed. The analytically obtained thermal resistance of the microchannel heat sink and the numerically obtained overall Nusselt number for the sintered porous channel are shown to be in close agreement with available experimental results when our suggestion for the thermal boundary conditions is applied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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