Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.3
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pp.157-164
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2016
In this study, researchers performed preliminary design and numerical analysis for a pilot-scale helium heating system intended to support full-scale construction for a sulfur-iodine (SI) cycle. The helium heat exchanger used a liquefied petroleum gas (LPG) combustor. Exhaust gas velocity at the heat exchanger outlet was approximately 40 m/s based on computational thermal and flow analysis. The maximum gas temperature was reached with six baffles in the design; lower gas temperatures were observed with four baffles. The amount of heat transfer was also higher with six baffles. Installation of additional baffles may reduce fuel costs because of the reduced LPG exhausted to the heat exchanger. However, additional baffles may also increase the pressure difference between the exchanger's inlet and outlet. Therefore, it is important to find the optimum number of baffles. Structural analysis, followed by thermal and flow analysis, indicated a 3.86 mm thermal expansion at the middle of the shell and tube type heat exchanger when both ends were supported. Structural analysis conditions included a helium flow rate of 3.729 mol/s and a helium outlet temperature of $910^{\circ}C$. An exhaust gas temperature of $1300^{\circ}C$ and an exhaust gas rate of 52 g/s were confirmed to achieve the helium outlet temperature of $910^{\circ}C$ with an exchanger inlet temperature of $135^{\circ}C$ in an LPG-fueled helium heating system.
Air emission charge for nitrogen oxide as a precursor of fine dust has been introduced and implemented within the country from 2020. Therefore, the development of economical combustion technology for NOx reduction has got more needed urgently. This study investigated the air-staging effect as a way to reduce the NOx during combustion of domestic unused forest biomass, recently possible to secure REC (Renewable Energy Certification) as a substitute for overseas wood pellets in a 0.1 MWth circulating fluidized bed combustion test-rig. Operating conditions were comparison with and without air-staging, the supply position of tertiary air (6.4 m, 8.1 m, 9.4 m in the combustor) and variation of air-staging ratio (Primary air:Secondary air:Tertiary air=91%:9%:0%, 82%:9%:9%, 73%:9%:18%). NO and CO concentrations in flue gas, profiles of temperature and pressure at the height of the combustion, unburned carbon in sampled fly ash and combustion efficiency on operating conditions were evaluated. As notable results, NO concentration with air-staging application under tertiary air supply at 9.4 m in the combustor reduced 100.7 ppm compared to 148.8 ppm without air-staging while, CO concentration increased from 52.2 ppm without air-staging to 99.8 ppm with air-staging. However, among air-staging runs, when tertiary air supply amount at 6.4 m in the combustor increased by air-staging ratio (Primary air:Secondary air:Tertiary air=73%:9%:18%), NO and CO concentrations decreased the lowest 90.8 ppm and 66.1 ppm, respectively. Furthermore, combustion efficiency at this condition was improved to 99.3%, higher than that (98.3%) of run without air-staging.
The engineered barrier system of high-level radioactive waste disposal must maintain its performance in the long term, because it must play a role in slowing the rate of leakage to the surrounding rock mass even if a radionuclide leak occurs from the canister. In particular, it is very important to clarify gas dilation flow phenomenon clearly, that occurs only in a medium containing a large amount of clay material such as a bentonite buffer, which can affect the long-term performance of the bentonite buffer. Accordingly, DECOVALEX-2019 Task A was conducted to identify the hydraulic-mechanical mechanism for the dilation flow, and to develop and verify a new numerical analysis technique for quantitative evaluation of gas migration phenomena. In this study, based on the conventional two-phase flow and mechanical behavior with effective stresses in the porous medium, the hydraulic-mechanical model was developed considering the concept of damage to simulate the formation of micro-cracks and expansion of the medium and the corresponding change in the hydraulic properties. Model verification and validation were conducted through comparison with the results of 1D and 3D gas injection tests. As a result of the numerical analysis, it was possible to model the sudden increase in pore water pressure, stress, gas inflow and outflow rate due to the dilation flow induced by gas pressure, however, the influence of the hydraulic-mechanical interaction was underestimated. Nevertheless, this study can provide a preliminary model for the dilation flow and a basis for developing an advanced model. It is believed that it can be used not only for analyzing data from laboratory and field tests, but also for long-term performance evaluation of the high-level radioactive waste disposal system.
The study area is located in the western part of the Precambrian stock type of Sancheong anorthosite complex, the Jirisan province of the Yeongnam massif, in the southern part of the Korean Peninsula. We perform a detailed field geological investigation on the Sancheong anorthosite complex, and report the characteristics of lithofacies, occurrences, foliations, and research formation process and its mechanism of the Sancheong anorthosite complex. The Sancheong anorthosite complex is classified into massive and foliation types of Sancheong anorthosite (SA), Fe-Ti ore body (FTO), and mafic granulite (MG). Foliations are developed in the Sancheong anorthosite complex except the massif type of SA. The foliation type of SA, FTO, MG foliations are magmatic foliations which were formed in a not fully congealed state of SA from a result of the flow of FTO and MG melts and the kinematic interaction of SA blocks, and were continuously produced in the comagmatic differentiation. The Sancheong anorthosite complex is formed as the following sequence: the massive type of SA (a primary fractional crystallization of parental magmas under high pressure)${\rightarrow}$ the foliation type of SA [a secondary fractional crystallization of the plagioclase-rich crystal mushes (anorthositic magmas) primarily differentiated from parental magmas under low pressure]${\rightarrow}$the FTO (an injection by filter pressing of the residual mafic magmas in the last differentiation stage of anorthositic magmas into the not fully congealed SA)${\rightarrow}$the MG (a solidification of the finally residual mafic magmas). It indicates that the massive and foliation types of SA, the FTO, and the MG were not formed from the intrusion and differentiation of magmas which were different from each other in genesis and age but from the multiple fractionation and polybaric crystallization of the coeval and cogenetic magma.
The purpose of this paper is to improve the performance of Polymer electrolyte fuel cell(PEMFC) by studying the channel dimension of bipolar plates using commercial CFD program 'Fluent'. Simulations are done ranging from 0.5 to 3.0mm for different size in order to find the channel size which shoves the highst hydrogen consumption. The results showed that the smaller channel width, land width, channel depth, the higher hydrogen consumption in anode. When channel width is increased, the pressure drop in channel is decreased because total channel length Is decreased, and when land width is increased, the net hydrogen consumption is decreased because hydrogen is diffused under the land width. It is also found that the influence of hydrogen consumption is larger at different channel width than it at different land width. The change of hydrogen consumption with different channel depth isn't as large as it with different channel width, but channel depth has to be small as can as it does because it has influence on the volume of bipolar plates. however the hydrogen utilization among the channel sizes more than 1.0mm which can be machined in reality is the most at channel width 1.0, land width 1.0, channel depth 0.5mm and considered as optimum channel size. The fuel cell combined with 2cm${\times}$2cm diagonal or serpentine type flow field and MEA(Membrane Electrode Assembly) is tested using 100W PEMFC test station to confirm that the channel size studied in simulation. The results showed that diagonal and serpentine flow field have similarly high OCV and current density of diagonal (low field is higher($2-40mA/m^2$) than that of serpentine flow field under 0.6 voltage, but the current density of serpentine type has higher performance($5-10mA/m^2$) than that of diagonal flow field under 0.7-0.8 voltage.
Choe, Su-Jeong;Pham, Van Chien;Lee, Won-Ju;Kim, Jun-Soo;Kim, Jeong-Kuk;Park, Hoyong;Lim, In Gweon;Choi, Jae-Hyuk
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.6
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pp.1092-1099
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2022
Research on exhaust aftertreatment devices to reduce air pollutants and greenhouse gas emissions is being actively conducted. However, in the case of the particulate matters/nitrogen oxides (PM/NOx) simultaneous reduction device for ships, the problem of back pressure on the diesel engine and replacement of the filter carrier is occurring. In this study, for the optimal design of the integrated device that can simultaneously reduce PM/NOx, an appropriate standard was presented by studying the flow inside the device and change in back pressure through the inlet/outlet pressure. Ansys Fluent was used to apply porous media conditions to a diesel particulate filter (DPF) and selective catalytic reduction (SCR) by setting porosity to 30%, 40%, 50%, 60%, and 70%. In addition, the ef ect on back pressure was analyzed by applying the inlet velocity according to the engine load to 7.4 m/s, 10.3 m/s, 13.1 m/s, and 26.2 m/s as boundary conditions. As a result of a computational fluid dynamics analysis, the rate of change for back pressure by changing the inlet velocity was greater than when inlet temperature was changed, and the maximum rate of change was 27.4 mbar. This was evaluated as a suitable device for ships of 1800kW because the back pressure in all boundary conditions did not exceed the classification standard of 68mbar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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