Kim, Hyun-Soo;Lee, Chun-Ju;Choi, Kyung-Sik;Kim, Moon-Chan
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권3호
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pp.208-215
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2011
A full-scale field trial in ice-covered sea is one of the most important tasks in the design of icebreaking ships. The first Korean icebreaking research vessel 'ARAON', after her delivery in late 2009, had a sea ice field trial in the Arctic Sea during July-August, 2010. This paper describes the test procedures and data analysis on the icebreaking performance of the IBRV ARAON. The data gathered from the icebreaking performance test in the Chukchi Sea and the Beaufort Sea during the Arctic voyage of ARAON includes the speed and engine power of the ship as well as sea ice thickness and strength data. The air temperature, wind speed and heading of the ship were also measured during each sea ice trial. The ARAON was designed to break 1 m thick level ice with a flexural strength of 630kPa at a continuous speed of 3knots. She is registered as a KR POLAR 10 class ship. The principal dimensions of ARAON are 110 m, 19 m and 6.8 m in length, breadth and draft respectively. She is equipped with four 3,500kW diesel-electric main engines and two Azipod type propulsion motors. Four sea ice trials were carried out to understand the relationship between the engine power and the ship speed, given the Arctic ice condition. The analysis shows that the ARAON was able to operate at 1.5knots in a 2.5m thick medium ice floe condition with the engine power of 5MW, and the speed reached 3.1 knots at the same ice floe condition when the power increased to 6.6MW. She showed a good performance of speed in medium ice floe compared to the speed performance in level ice. More detailed analysis is summarized in this paper.
이 연구의 목적은 초등학교 학생들을 대상으로 한 'F1 in Schools Program'을 개발하여 적용하여 보고 학생, 학부모, 학교의 반응을 조사하여 현장 적용가능성을 평가하고자 하는데 있다. 충청북도 청주시 소재의 W 초등학교 5학년 15명의 어린이를 대상으로 'F1 in Schools Program'(초등학교 학생용 워크북)을 개발한 후 현장 적용 가능성을 평가하기 위해 2007년 1월 22일부터 2월 2일까지 총 60차시에 걸쳐 수업을 진행하고 학생, 학부모, 학교의 반응을 조사하였다. 본 프로그램에서 활용하고 있는 CAD(Computer Aided Design), CFD(Computation Fluid Dynamics), CAM(Computer Aided Manufacturing), CNC Machine의 프로그램은 학생들이 직접 해볼 수 있는 참여와 신기성과 같은 특성으로 흥미를 끌기에 좋은 소재가 되고 있으나 프로그램을 조작하기에 초등학생의 인지 발달 수준 및 공작 능력이 미치지 못하는 것으로 나타났다. 학생, 학부모, 학교의 프로그램에 대한 만족도는 비교적 높았으나 학생의 경우 시간이 부족하다 응답하였고, 학부모와 학교의 경우 프로그램에 대한 이해가 부족함을 알 수 있었다. 학생들은 프로그램 실시 전보다 실시 후에 자동차의 속력과 관계된 과학적 개념이 향상되는 결과를 얻었다.
In this paper, a mathematical modeling was developed to simulate 1kW class air cooled Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell(PEMFC) system. The proposed modeling was conducted under SIMULINK based environment. The model ing was developed based on the thermodynamic and chemical equilibrium. The objective is to design and implement the entire fuel cell system model ing including the system controller modeling. The fuel cell process and the control system modeling should have to be connected with each other simultaneously, therefore the two types of modeling influences each other when the system simulator run. The fuel cell modeling libraries are simulated using the SIMULINK under the thermodynamic and chemical equilibrium base. The PID controller application was designed and developed to test the process modeling and verify it. This the prototype development of the fuel cell system to design and test more complicate fuel cell systems, like the residential power generation system. The simulation results was compared to the real PEMFC system performance. We have achieved the reasonable accordance with the Lab test and the simulation results.
A channel design which is closely related with the mass transport overpotential is one of the most important procedures to optimize the whole fuel cell performance. In this study, three dimensional results of a numerical study for gas distribution in channels of a molten carbonate fuel cell (MCFC) unit cell for a 1kW class stack was presented. The relationship between the fuel and air distribution in the anode and cathode channels of the unit cell and the electric performance was observed. A charge balance model in the electrodes and the electrolyte coupled with a heat transfer model and a fluid flow model in the porous electrodes and the channels was solved for the mass, momentum, energy, species and charge conservation. The electronic and ionic charge balance in the anode and cathode current feeders, the electrolyte and GDEs were solved for using Ohm's law, while Butler-Volmer charge transfer kinetics described the charge transfer current density. The material transport was described by the diffusion and convection equations and Navier-Stokes equations govern the flow in the open channel. It was assumed that heat is produced by the electrochemical reactions and joule heating due to the electrical currents.
A linear compressor generates pulsating pressure and oscillating flow in a cryocooler such as Stirling cryocooler and pulse tube refrigerator. It is driven by AC power source and designed to operate at resonance of piston motion. The driving voltage level is determined by electric parameters of resistance, inductance and thrust constant of linear motor. From voltage equation on linear motor, the power factor of driving power is inherently less than 1. The phase difference between voltage and current of supplied power can be zero using capacitor and this can minimize a supply voltage level. Especially, the linear compressor of kW class requires high voltage and thus can cause a difficulty in selecting power supply unit due to limitation of voltage level. The capacitor in driving electric circuit is useful to settle this problem. In this study, the electric circuit of linear compressor is analytically investigated with assumption of mechanical resonance. The electric parameters of commercial linear motor are used in the analysis. The effects of capacitor on driving voltage level and power factor are investigated. From analytic results, it is shown that the voltage level can be mimized with using capacitor in driving electric circuit.
With the development of DC distribution, DC circuit breaker is required to ensure the stability of the DC grid. Unlike a mechanical circuit breaker that blocks after several tens of milliseconds, a DC SSCB(Solid-State Circuit Breaker) can break the fault well within 1 [ms], so it can prevent the damage of accident. However, the previous DC SSCB requires a lot of switching elements for charging commutation capacitors, and the control is complicated. Therefore, this paper proposes a new DC SSCB suitable for DC grid. The proposed DC SSCB is simple to control for charging commutation capacitors, and it can perform the rapid breaking and operating duty of reclosing and rebreaking. The proposed DC SSCB was designed to 380 [V] and 5 [kW] class which is suitable for residential DC distribution, and the operating characteristics of the proposed DC SSCB were verified by simulations and experiments. It is anticipated that the proposed DC SSCB may be utilized to design and realize DC grid system.
This study aims to establish safety zones for bunkering operations of hydrogen propulsion ships in coastal areas through risk assessment and evaluate their validity. Using a 350 kW-class ferry operating in Busan Port as the subject of analysis, with quantitative risk assessment based on accident consequence and frequency analysis, along with a social risk assessment considering population density. The results of the risk assessment indicate that all scenarios were within acceptable risk criteria and ALARP region. The most critical accident scenarios involve complete hose rupture during bunkering, resulting in jet flames (Frequency: 2.76E-06, Fatalities: 9.81) and vapor cloud explosions (Frequency: 1.33E-08, Fatalities: 14.24). For the recommended safety zone criteria in the 6% hose cross-sectional area leakage scenario, It could be appropriate criteria considering overall risk level and safety zones criteria for hydrogen vehicle refueling stations. This research contributes to establishing safety zone for bunkering operations of hydrogen propulsion ships through risk assessment and provides valuable technical guidelines.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제8권2호
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pp.11-16
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2007
This paper describes the cycloidal wind turbine, which is a straight blade vertical axis wind turbine using the cycloidal blade system. Cycloidal blade system consists of several blades rotating about an axis in parallel direction. Each blade changes its pitch angle periodically. Cycloidal wind turbine is different from the previous turbines. The wind turbine operates with optimum rotating forces through active control of the blade to change pitch angle and phase angle according to the changes of wind direction and wind speed. Various numerical experiments were conducted to develop a small vertical axis wind turbine of 1 kW class. For this numerical analysis, the rotor system equips four blades consisting of a symmetric airfoil NACA0018 of 1.0m in span, 0.22m in chord and 1.0m in radius. A general purpose commercial CFD program, STAR-CD, was used for numerical analysis. PCL of MSC/PATRAN was used for efficient parametric auto mesh generation. Variables of wind speed, pitch angle, phase angle and rotating speed were set in the numerical experiments. The generated power was obtained according to the various combinations of these variables. Optimal pitch angle and phase angle of cycloidal blade system were obtained according to the change of the wind direction and the wind speed. Based on data obtained from the above analysis, control device was designed. The wind direction and the wind speed were sensed by a wind indicator and an anemometer. Each blades were actuated to optimal performance values by servo motors.
The radiological characteristics for waste classification were assessed for neutron-activated decommissioning wastes from a CANDU reactor. The MCNP/ORIGEN2 code system was used for the source term analysis. The neutron flux and activation cross-section library for each structural component generated by MCNP simulation were used in the radionuclide buildup calculation in ORIGEN2. The specific activities of the relevant radionuclides in the activated metal waste were compared with the specified limits of the specific activities listed in the Korean standard and 10 CFR 61. The time-average full-core model of Wolsong Unit 1 was used as the neutron source for activation of in-core and ex-core structural components. The approximated levels of the neutron flux and cross-section, irradiated fuel composition, and a geometry simplification revealing good reliability in a previous study were used in the source term calculation as well. The results revealed the radioactivity, decay heat, hazard index, mass, and solid volume for the activated decommissioning waste to be $1.04{\times}10^{16}$ Bq, $2.09{\times}10^3$ W, $5.31{\times}10^{14}\;m^3$-water, $4.69{\times}10^5$ kg, and $7.38{\times}10^1\;m^3$, respectively. According to both Korean and US standards, the activated waste of the pressure tubes, calandria tubes, reactivity devices, and reactivity device supporters was greater than Class C, which should be disposed of in a deep geological disposal repository, whereas the side structural components were classified as low- and intermediate-level waste, which can be disposed of in a land disposal repository. Finally, this study confirmed that, regardless of the cooling time of the waste, 15% of the decommissioning waste cannot be disposed of in a land disposal repository. It is expected that the source terms and waste classification evaluated through this study can be widely used to establish a decommissioning/disposal strategy and fuel cycle analysis for CANDU reactors.
KIER has been developing a Ru-based preferential oxidation catalysts and a novel fuel processing system to provide hydrogen rich gas to residential PEMFCs system. The catalytic activity of Ru-based catalysts was investigated at different Ru loading amount and different support structure. The obtained result indicated that 2 wt% loaded Ru-based catalyst supported on ${\alpha}-Al_2O_3$ showed high activity in low temperature range and suppressed the methanation reaction. The developed prototype fuel processor showed thermal efficiency of 78% as a HHV basis with methane conversion of 92%. CO concentration below 10 ppm in the produced gas is achieved with separate preferential oxidation unit under the condition of $[O_2]/[CO]=2.0$. The partial load operation have been carried out to test the performance of fuel processor from 40% to 80% load, showing stable methane conversion and CO concentration below 10 ppm. The durability test for the daily start-stop and 8 h operation procedure is under investigation and shows no deterioration of its performance after 50 start-stop cycles. In addition to the system design and development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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