• Title/Summary/Keyword: 에너지 평형 해석

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Adsorption Kinetics and Thermodynamics of Brilliant Blue FCF Dye onto Coconut Shell Based Activated Carbon (야자계 활성탄에 의한 Brilliant Blue FCF 염료의 흡착 동력학 및 열역학에 관한 연구)

  • Lee, Jong Jib
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.53 no.3
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    • pp.309-314
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    • 2015
  • Adsorption of brilliant blue FCF dye from aqueous solution using coconut shell based activated carbon was investigated. Batch experiments were carried out as function of adsorbent dose, initial concentration, contact time and temperature. The equilibrium adsorption data were analyzed by Langmuir and Freundlich model. The results indicate that Freundlich model provides the best correlation of the experimental data. Base on the estimated Freundlich constant (1/n=0.129~0.212), this process could be employed as effective treatment method. Adsorption kinetics experimental data were modeled using the pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic equation. It was shown that pseudo-second-order kinetic equation could best describe the adsorption kinetics. Base on the negative Gibbs free energy value (-4.81~-10.33 kJ/mol) and positive enthalpy value (+78.59 kJ/mol) indicate that the adsorption is spontaneous and endothermic process.

An analytical study on the thermal performance of multi-tube CO2 water heater (다중관형 CO2 급탕열교환기의 열적성능에 대한 해석연구)

  • Chang, Keun Sun;Choi, Youn Sung;Kim, Young-Jae
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    • v.17 no.8
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    • pp.23-30
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    • 2016
  • In this study, the heat transfer and pressure drop characteristics were evaluated for multi-tube $CO_2$ water heaters with lengths of 4.5 m and 7.5 m. The evaluation was done using the -NTU method, and the results were compared with experimental data. Water flows through the shell side of the water heater, while $CO_2$ flows through 8 inner tubes. The heater uses a counter-current design to maximize the heat transfer efficiency. The energy balance equation describing the flows of $CO_2$ and water for each node is set up using the section-by-section method. The calculated heat transfer rates agree well with the experimental data within ${\pm}5%$ error. The outlet water temperature decreased linearly with the increase of the water flow rate. The calculated heat transfer rates agreed well with the experimental data within ${\pm}3%$ error. The results show that the heat transfer rate increases almost linearly with the increase of water flow rate or $CO_2$ inlet temperature in both the 4.5-m and 7.5-m water heaters, whereas the water outlet temperature linearly decreases with the increase of the water flow rate. The comparison of the $CO_2$ pressure drop between the calculation and experiment results shows good agreement at the high $CO_2$ flow rate within 5 % error, but the value is about 20 % higher in the experimental pressure drop at the low $CO_2$ flow rate.

Numerical Modeling for Turbulent Combustion Processes of Vortex Hybrid Rocket (Vortex Hybrid 로켓 난류연소과정의 모델링 해석)

  • 조웅호;김후중;김용모;윤명원
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • 2003.05a
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    • pp.244-245
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    • 2003
  • 고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

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An Analysis on the Over-Potentially Deposited Hydrogen at the Polycrystalline $Ir/H_2SO_4$ Aqueous Electrolyte Interface Using the Phase-Shift Method (위상이동 방법에 의한 다결정 $Ir/H_2SO_4$ 수성 전해질 계면에서 과전위 수소흡착에 관한 해석)

  • Chun Jagn Ho;Mun Kyeong Hyeon
    • Journal of the Korean Electrochemical Society
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    • v.3 no.2
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    • pp.109-114
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    • 2000
  • The relation between the phase-shift profile fur the intermediate frequencies and the Langmuir adsorption isotherm at the poly-Ir/0.1 M $H_2SO_4$ aqueous electrolyte interface has been studied using ac impedance measurements, i.e., the phase-shift methods. The simplified interfacial equivalent circuit consists of the serial connection of the electrolyte resistance $(R_s)$, the faradaic resistance $(R_F)$, and the equivalent circuit element $(C_P)$ of the adsorption pseudoca-pacitance $(C_\phi)$. The comparison of the change rates of the $\Delta(-\phi)/{\Delta}E\;and\;\Delta{\theta}/{\Delta}E$ are represented. The delayed phase shift $(\phi)$ depends on both the cathode potential (E) and frequency (f), and is given by $\phi=tan^{-1}[1/2{\pi}f(R_s+R_F)C_P]$. The phase-shift profile $(-\phi\;vs.\;E)$ for the intermediate frequency (ca. 1 Hz) can be used as an experimental method to determine the Langmuir adsorption isotherm $(\theta\;vs.\;E)$. The equilibrium constant (K) for H adsorption and the standard free energy $({\Delta}G_{ads})$ of H adsorption at the poly-Ir/0.1 M $H_2SO_4$ electrolyte interface are $2.0\times10^{-4}$ and 21.1kJ/mol, respectively. The H adsorption is attributed to the over-potentially deposited hydrogen (OPD H).

Kinetic Study on Preparation of Iron Fine Powders by Hydrogen Reduction of Ferous Chloride Vapor (염화물의 기상환원반응에 의한 미립질 철분말의 생성속도에 관한 연구)

  • Lee, Hwa-Yeong;Kim, Seong-Gyu
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.10 no.6
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    • pp.385-391
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    • 2000
  • A kinetic study on the preparation of iron powder by hydrogen reduction of ferrous chloride vapor has been carried out both experimentally and theoretically. For the preparation of iron powder, ferrous chloride was vaporized and transported to a reaction zone by Ar gas used as carrier. Ferrous chloride vapor and hydrogen were mixed and subject to a reduction reaction at high temperature to produce iron powder and HCI gas. Iron powder was collected with organic solvent at the end of reaction zone and HCI gas was also absorbed in a caustic soda solution to determine the conversion ratio of ferrous chloride. For the development of rate equations, a 1st-order reaction and equilibration of ferrous chloride vapor with Ar gas were assumed. According to the results, the rate constant, k could be expressed as $k=7,879exp(-53,840/RT)\textrm{dm}^3/mole.sec$ and the activation energy was found to be 53.84kJ/mole. From TEM observation, the particle size distribution of iron powder produced was found to be in the range of $0.1~1.0{\mu\textrm{m}}$ which was not significantly influenced by reaction temperature or gas flow rates.

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Optimal Configuration of the Truss Structures by Using Decomposition Method of Three-Phases (3단계(段階) 분할기법(分割技法)에 의한 평면(平面)트러스 구조물(構造物)의 형상(形狀) 최적화(最適化)에 관한 연구(硏究))

  • Lee, Gyu Won;Song, Gi Beom
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.12 no.3
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    • pp.39-55
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    • 1992
  • In this research, a Three Level Decomposition technique has been developed for configuration design optimization of truss structures. In the first level, as design variables, behavior variables are used and the strain energy has been treated as the cost function to be maximized so that the truss structure can absorb maximum energy. For design constraint of the optimal design problem, allowable stress, buckling stress, and displacement under multi-loading conditions are considered. In the second level, design problem is formulated using the cross-sectional area as the design variable and the weight of the truss structure as the cost function. As for the design constraint, the equilibrium equation with the optimal displacement obtained in the first level is used. In the third level, the nodal point coordinates of the truss structure are used as coordinating variable and the weight has been taken as the cost function. An advantage of the Three Level Decomposition technique is that the first and second level design problems are simple because they are linear programming problems. Moreover, the method is efficient because it is not necessary to carry out time consuming structural analysis and techniques for sensitivity analysis during the design optimization process. By treating the nodal point coordinates as design variables, the third level becomes unconstrained optimal design problems which is easier to solve. Moreover, by using different convergence criteria at each level of design problem, improved convergence can be obtained. The proposed technique has been tested using four different truss structures to yield almost identical optimum designs in the literature with efficient convergence rate regardless of constraint types and configuration of truss structures.

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