Kim, Do-Sam;Kim, Tag-Gyeom;Shin, Bum-Shick;Lee, Kwang-Ho
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.32
no.1
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pp.1-10
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2020
The application of multiphase flows is increasingly being applied to analyze phenomena such as single phase flows where the fluid boundary changes continuously over time or the problem of mixing a liquid phase and a gas phase. In particular, multiphase flow models that take into account incompressible Newtonian fluids for liquid and gas are often applied to solve the problems of the free water surface such as wave fields. In general, multi-phase flow models require time-based the surface tracking of each fluid's phase boundary, which determines the accuracy of the final calculation of the model. This study evaluates the advection performance of representative VOF-type boundary tracking techniques applied to various CFD numerical codes. The effectiveness of the FCT method to control the numerical flux to minimize the numerical diffusion in the conventional VOF-type boundary tracking method and advection calculation was mainly evaluated. In addition, the possibility of tracking performance of free surface using CIP method (Yabe and Aoki, 1991) was also investigated. Numerical results show that the FCT-VOF method introducing an anti-diffusive flux to precent excessive diffusion is superior to other methods under the confined conditions in this study. The results from this study are expected to be used as an important basic data in selecting free surface tracking techniques applied to various numerical codes.
Lee, Jin-Ho;Hwang, Se-Yun;Lee, Sung-Je;Lee, Jang Hyun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.5
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pp.299-308
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2022
This study was conducted to predict the tendency for heat exchange and boil-off gas (BOG) in a liquefied hydrogen tank under sloshing excitation. First, athe fluid domain excited by sloshing was modeled using a multiphase-thermal flow domain in which liquid hydrogen and hydrogen gas are in the saturated state. Both the the volume of fluid (VOF) and Eulerian-based multi-phase flow methods were applied to validate the accuracy of the pressure prediction. Second, it was indirectly shown that the fluid velocity prediction could be accurate by comparing the free surface and impact pressure from the computational fluid dynamics with those from the experimental results. Thereafter, the heat ingress from the external convective heat flux was reflected on the outer surfaces of the hydrogen tank. Eulerian-based multiphase-heat flow analysis was performed for a two-dimensional Type-C cylindrical hydrogen tank under rotational sloshing motion, and an inflation technique was applied to transform the fluid domain into a computational grid model. The heat exchange and heat flux in the hydrogen liquid-gas mixture were calculated throughout the analysis,, whereas the mass transfer and vaporization models were excluded to account for the pure heat exchange between the liquid and gas in the saturated state. In addition, forced convective heat transfer by sloshing on the inner wall of the tank was not reflected so that the heat exchange in the multiphase flow of liquid and gas could only be considered. Finally, the effect of sloshing on the amount of heat exchange between liquid and gas hydrogen was discussed. Considering the heat ingress into liquid hydrogen according to the presence/absence of a sloshing excitation, the amount of heat flux and BOG were discussed for each filling ratio.
Hydrate dissociation is required to produce methane, which generates both water and methane. Thus, multiphase fluid flow and desalination are expected during methane production, which causes the fine migration and clogging in pores. The goal of this study is to explore the effects of both multiphase fluid flow and desalination on the migration and clogging of kaolin particles as typical fines. The results are as follows : (1) the larger the pore size is, the more mounting the critical clogging concentration is, (2) kaolin particles are more easily clustering and clogging in deionized water than salty water, and (3) the critical clogging concentration of kaolin in multiphase fluid flow is lower than in singlephase fluid flow. Therefore, clustering and clogging of kaolin within pore occur easily due to desalination and multiphase fluid flow when methane is produced from hydrates, and the efficiency of methane production is expected to decrease due to the degradation of permeability coefficient.
Load reduction ring (LRR) was installed on the ABB-Atom sparger to reduce the oscillatory loadings due to the air bubble clouds in the water pool in case of safety relief system operations. In order to investigate the effect of LRR on the pressure field, a numerical simulation on the behavior of air bubble clouds discharging into a water pool through a ABB-Atom sparser without LRR was performed by using a commercial thermal hydraulic analysis code, FLUENT 4.5. Among the multi-phase models contained in the code, the VOF (Volume Of Fluid) model was used to simulate the interface of water, air and steam flows. By comparing the analysis results with the previous ones, the load reduction ring has an effect on reducing the oscillatory loads at the wall. It also includes the effect of air mass and inlet boundary conditions of the pipe on the pressure oscillations at the wall.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.22
no.6
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pp.750-757
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2016
This study presents the wave run-up height around single and multiple surface-piercing cylinders according to wave period and steepness. In order to simulate 3D incompressible viscous two-phase turbulent flow, the present study employed a volume of fluid (VOF) method with realizable $k-{\varepsilon}$ turbulence model based on commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) software, "STAR-CCM". The wave periods at model scale were 1.269s and 1.692s for a single cylinder and 1.716s for multiple cylinders. In each case, wave steepness of has 1/30 and 1/16 were used, respectively. Consequently, the results for wave run-up height with regard to wave steepness and period were compared with those of relevant previous experimental studies. The numerical simulation results showed a good qualitative agreement with experiments.
A mathematical model of vapor explosion propagation is presented. The model predict two-dimensional, transient flow fields and energies of the four fluid phases of melt drop, fragmented debris, liquid coolant and vapor coolant by solving a set of governing equations with the relevant constitutive relations. These relations include melt fragmentation, coolant-phase-change, and heat and momentum exchange models. To allow thermodynamic non-equilibrium between the coolant liquid and vapor, an equation of state for oater is uniquely formulated. A multiphase code, TRACER, has been developed based on this mathematical formulation. A set of base calculations for tin/water explosions show that the model predicts the explosion propagation speed and peak pressure in a reasonable degree although the quantitative agreement relies strongly on the parameters in the constitutive relations. A set of calculations for sensitivity studies on these parameters have identified the important initial conditions and relations. These are melt fragmentation rate, momentum exchange function, heat transfer function and coolant phase change model as well as local vapor fractions and fuel fractions.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.1
no.1
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pp.15-22
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2000
There are lots of industrial machines of which functions are achieved by operation of multi-phase fluids. Some of them take advantage of the characteristics of counter-current two-phase flow The maximum flow rates of gas and liquid phases which flow in opposite-directions (counter-current flow) are limited by a phenomenon known as a Counter-Current Flow Limitation (CCFL or Flooding) The mass and momentum conservation equations for each Phase were established to build a first-order hyperbolic partial derivative equations system. A new CCFL model is developed based on the characteristic equation of the hyperbolic PDE system. The present model has its applicationto the case in which a non-uniform flow is developed around a square or sharp-edged entrance of liquid phase. The model is able to he used to Predict the operating-limit of components in which mass and heat transfer are taking place between liquid and gas phases.
Hwang, Seung Sik;Yong, Cho Hwan;Choi, Gyuhong;Shin, Dohghoon;Chung, Tae Yong
Journal of Energy Engineering
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v.22
no.1
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pp.28-37
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2013
Stirred tank is widely used in various industries for mixing operations and chemical reactions for single- or multi-phase fluid systems. For designing agitator of high performance, quantity data of internal flow characteristics influenced by mixing performance are definitely confirmed but quantity analysis about the transient flow characteristics of complicate structure is recognized as difficult problem in the present. In this study, two models of commercial CFD code Fluent 6.3 used to propose suitable for the tank analysis. Agitation of Stirred tank is analyzed using a mixed model and the flow in the stirred tank is analyzed using a standard k-${\varepsilon}$ model. Multiple reference frame(MRF) and Sliding mesh(SM), the analysis techniques were used For compare a result of CFD with a visualization experiment result, to grasp internal flow and mixing characteristic in stirred tank and to present fundamental analysis method.
experimental and computational studies ore carried out to investigate the natural convection of the single phase flow in a tank with a heated horizontal plate facing downward. This is a simplified model for investigations of the influence of a core melt at the bottom of a reactor vessel on the thermal hydraulic behavior in a oater filled cavity surrounding the vessel. In this case the vessel is simulated by a hexahedron insulated box with a heated plate Horizontally mounted at the bottom of the box. The box with the heated plate is installed in a water filled hexahedron tank. Coolers are immersed in the U-type water volume between the box and the tank. Although the multicomponent flows exist more probably below the heated plate in reality, present study concentrates on the single phase flow in a first step prior to investigating the complicated multicomponent thermal hydraulic phenomena. In the present study, in order to get a better understanding for the natural convection characteristics below the heated plate, the velocity and temperature are measured by LDA(Laser Doppler Anemometry) and thermocouples, respectively. And How fields are visualized by taking pictures of the How region with suspended particles. The results show the occurrence of a very effective circulation of the fluid in the whole How area as the heater and coolers are put into operation. In the remote region below the heated plate the new is nearly stagnant, and a remarkable temperature stratification can be observed with very thin thermal boundary. Analytical predictions using the FLUTAN code show a reasonable matching of the measured velocity fields.
This study presents flow assurance analysis in subsea pipeline considering system availability of topside in LNG-FPSO. A hydrate management strategy was established, which consisted of PVCap experiments, system availability analysis of LNG-FPSO topside, hydrate risk analysis in the pipeline, and calculation of PVCap injection concentration. The experimental data required for the determination of PVCap injection concentration were obtained by measuring the hydrate induction time of PVCap at the subcooling temperatures of 6.1, 9.2, and 12.1℃. The availability of LNG-FPSO topside system for 20 years was 89.3%, and the longest downtime of 50 hours occurred 2.9 times per year. The subsea pipeline model for multiphase flow simulation was created using field geometry data. As a result of risk analysis of hydrate plugging using subsea pipeline model, hydrate was formed at the end of flowline in 23.2 hours under the condition of 50 hours shutdown. The injection concentration of PVCap was determined based on the PVCap experiment results. The hydrate plugging in subsea pipeline of LNG-FPSO can be completely prevented by injecting PVCap 0.25 wt% 2.9 times per year.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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