The geostationary satellite uses a liquid apogee engine, to obtain a required velocity increment to enter a geostationary orbit. However, as the liquid apogee engine operates in the vacuum, a considerable disbursement of exhaust plume flow, from the liquid apogee engine can trigger a backflow. As this backflow may possibly collide with the satellite directly, it can cause adverse effects such as surface contamination, thermal load, and altitude disturbance, that can generate performance reduction of the geostationary satellite. So, this study investigated exhaust plume behavior of 400 N grade liquid apogee engine numerically. To analyze exhaust plume behavior in vacuum condition, the DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) method based on Boltzmann equation is used. As a result, thermal fluid characteristics of exhaust plume such as temperature and number density, are observed.
A 5-kW MCFC stack with $3,000cm^2$ electrode area was tested to investigate cell performance and operation characteristics. The stack performance was evaluated based on electrical output and I-V change. The stack showed high cell performance (7.6 kW) than the design performance and operated for more than 5,760 hours, but a significant temperature gradient inside the stack was observed. A 3-dimensional mathematical model for molten carbonate fuel cell (MCFC) was developed for the purpose of simulation of stack performance during the operation. The model was solved using PHOENICS, a computational fluid dynamics (CFD) code. The simulation result demonstrated a close prediction of the temperature gradient and stack performance.
Shin, Sang-Ho;Jung, Dong-Soo;Kim, Chong-Bo;Seo, Tae-Beom;Chun, Won-Gee;Auh, P. Chung-Moo
Solar Energy
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v.17
no.4
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pp.23-33
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1997
In this paper, performance of various working fluids is evaluated for the closed Ocean Thermal Energy Conversion(OTEC) power plant operating on Rankine cycle. The evaporator and condenser are modeled via UA and LMTD method while turbine and pump are modeled by specifying isentropic efficiencies. R22, Propane, Propylene, R134a, R125, R143a, R32, R410A and Ammonia are used as working fluids. Results show that newly developed fluids such as R410A and R32 that do not cause stratospheric ozone layer depletion perform as well as R22 and ammonia. The superheat at the evaporator exit and subcooling at the condenser exit do not affect the performance of the simple OTEC power cycle. Turbine efficiency and heat exchanger size influence greatly the performance of the Rankine cycle. Finally, it was shown that closed OTEC power plants can practically generate electricity when the difference in warm and cold sea water inlet temperatures is greater than $20^{\circ}C$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.8
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pp.1007-1013
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2013
This study aims to analyze the aerodynamics when the geometry of the turbine rotor is modified. The turbine used in this study is a small engine used in the APU of a helicopter. It is difficult to improve the performance of small engines owing to the structural weakness of the blade tip. Therefore, the improvement of the hub geometry is investigated in many ways. The working fluid of a turbine is a high-temperature and high-pressure gas. The heat transfer rate of the turbine surface should be considered to avoid the destruction of blade owing to the heat load. The SST turbulence model gives an excellent prediction of the aerodynamic behavior and heat transfer characteristics when the numerical simulations are compared with the experimental results. In conclusion, the aerodynamic efficiency is improved when a bulbous design is applied to the leading edge near the hub. The endwall loss is reduced by 15%.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.1
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pp.345-350
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2017
Downsizing is widely applied to diesel engines in order to improve fuel efficiency and reduce exhaust emissions. Engine sizes are becoming smaller but pressure and temperature inside combustion chambers are increasing. Therefore, research for fuel spray under high pressure and temperature conditions is important. A constant volume chamber which simulates high temperature and pressure likely to be found in diesel engines was developed in this study. Pressure and temperature were increased abruptly because of ignition of the pre-mixture in the constant volume chamber. Then pressure and temperature were gradually decreased due to the heat loss through the chamber wall. Fuel spray occurred when temperature and pressure were reached at the target condition. In this experiment, the temperature condition should be exactly defined to understand the relation between fuel evaporation and ambient temperature. A fast response thermocouple was developed and used to measure the temporal and spatial temperature distribution during the combustion process inside the combustion chamber. In the results, the core temperature was slightly higher than the bulk temperature calculated by the gas equation. Ed-note: do you want to say 'ideal gas equation'? This was attributed to the heat transfer loss through the chamber wall. The vertical temperature deviation was higher than the horizontal temperature deviation by 5% which resulted from the buoyancy effect.
ANCHEOL CHOI;SEONGWOO LEE;IK HO SHIN;SUNGWOONG CHOI
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.34
no.6
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pp.741-747
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2023
In this study, the heat transfer characteristics were numerically analyzed to investigate the possibility of utilizing cooling water using liquid nitrogen. From the study, as the mass flow rate of the hot fluid increased, the heat transfer rate increased by 8.9-81.7%. And lowering the inlet temperature of the hot fluid resulted in increase in the heat transfer rate by 33.8-71.5%. As for the filling level of liquid nitrogen, as higher filling level led to a decrease in the outlet temperature and an increase in the overall heat transfer coefficient.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.7
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pp.3164-3169
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2013
In this study, a series of CFD analysis was performed in order to predict the leaving water temperature and the slope of in-situ thermal response tests of the vertical-type geothermal heat exchangers. The geothermal heat exchanger and surrounding ground formation were modeled using GAMBIT and simulation was used by utilizing FLUENT which is commercial CFD code. Comparing with the results of CFD and in-situ thermal response tests, the results of CFD was presented good agreement with $0.5^{\circ}C$ difference of Leaving Water Temperature and with 1.6% difference of the Slope.
Park, Young Cheol;Moon, Jong-Ho;Lee, Seung-Yong;Lee, Dong-Ho;Jin, Gyoung Tae
Korean Chemical Engineering Research
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v.50
no.3
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pp.511-515
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2012
In this study, we used a commercial simulator to investigate the gasification characteristics of Roto coal in the partitioned fluidized-bed gasifier, which consists of 4 parts such as coal pyrolysis, char gasification, tar/oil gasification and char combustion. The heating medium was exchanged between the combustion part and the gasification part in order to supply the energy needed for pyrolysis and gasification. The correlation model from experimental data in relation to the reaction temperatures, the reaction gases and the coal feed rates was derived for the coal pyrolysis. The equilibrium model was used for the gasification and the combustion model for the char combustion. In order to compare the reaction behavior of the partitioned fluidized-bed gasifier, the single-bed gasifier was also simulated. The cold gas efficiency of both partitioned fluidized-bed gasifier and single-bed gasifier was almost the same. The $H_2$ and $CH_4$ contents of the syngas in the partitioned fluidized-bed gasifier slightly increased and the CO and $CO_2$ contents slightly decreased, compared with the singlebed gasifier. In order to verify the model, ten cases of the single-bed gasification experiment have been simulated. The contents of CO, $CO_2$, $CH_4$ in the syngas from the simulation corresponded with the experimental data while those of $H_2$ was slightly higher than experimental data, but the tendency of $H_2$ content in the syngas was similar to the experiments. In the coal conversion, the simulation results were higher than the experiments since equilibrium model was used for the gasification so that the residence time and contact time in the model is different from the experiments.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.10
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pp.817-822
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2017
The braking system is one of the most important components in vehicles and machines. It must exert a reliable braking force when they are brought to a halt. Generally, frictional heat is generated by converting kinetic energy into heat energy through friction. As the kinetic energy is converted into heat energy, high temperature heat is generated which affects the mechanical behavior of the braking system. Frictional heat affects the thermal expansion and friction coefficient of the brake system. If the temperature is not controlled, the brake performance will be decreased. Therefore, it is important to predict and control the heat generation of the brake. Various numerical analysis studies have been carried out to predict the frictional heat, but they assumed the existence of boundary conditions in the numerical analysis to simulate the frictional heat, because the simulation of frictional heat is difficult and time consuming. The results were based on the assumption that the frictional heat is different from the actual temperature distribution in a rotating brake system. Therefore, the reliability of the cooling effect or thermal stress using the results of these studies is insufficient. In order to overcome these limitations and establish a simulation procedure to predict the frictional heat, this study directly simulates the frictional heat generation by using a thermal-structure coupling element. In this study, we analyzed the thermo-mechanical behavior of a brake model, in order to investigate the thermal characteristics of brake systems by using the Finite Element method (FEM). This study suggests the necessity to directly simulate the frictional heating and it is hoped that it can provide the necessary information for simulations.
Park, Jung-Wook;Ryu, Dongwoo;Park, Dohyun;Choi, Byung-Hee;Synn, Joong-Ho;Sunwoo, Choon
Tunnel and Underground Space
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v.23
no.3
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pp.241-259
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2013
A packed bed thermal energy storage (TES) consisting of solid storage medium of rock or concrete through which the heat transfer fluid is circulated is considered as an attractive alternative for high temperature sensible heat storage, because of the economical viability and chemical stability of storage medium and the simplicity of operation. This study introduces the technologies of packed bed thermal energy storage, and presents a numerical model to analyze the thermal energy balance and the performance efficiency of the storage system. In this model, one dimensional transient heat transfer problem in the storage tank is solved using finite difference method, and temperature distribution in a storage tank and thermal energy loss from the tank wall can be calculated during the repeated thermal charging and discharging modes. In this study, a high temperature thermal energy storage connected with AA-CAES (advanced adiabatic compressed air energy storage) was modeled and analyzed for the temperature and the energy balance in the storage tank. Rock cavern type TES and above-ground type TES were both simulated and their results were compared in terms of the discharging efficiency and heat loss ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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