Nanofluids are dispersions of particles smaller than 100 nm (nanoparticles) in base fluids. They exhibit high thermal conductivity and are mainly applied in cooling applications. Nanolubricants use nanoparticles in base oils as lubricant additives, and have recently started gathering increased attention owing to their potential to improve the tribological and thermal performances of various machinery. Nanolubricants reduce friction and wear, mainly by the action of nanoparticles; however, only a few studies have considered the rheological properties of lubricants. In this study, we adopt a parallel slider bearing model that does not generate geometrical wedge effects, and conduct thermohydrodynamic (THD) analyses to evaluate the effect of higher thermal conductivity and viscosity, which are the main rheological properties of nanolubricants, on the lubrication performances. We use a commercial computational fluid dynamics code, FLUENT, to numerically analyze the continuity, Navier-Stokes, energy equations with temperature-viscosity-density relations, and thermal conductivity and viscosity models of the nanolubricant. The results show the temperature and pressure distributions, load-carrying capacity (LCC), and friction force for three film-temperature boundary conditions (FTBCs). The effects of the higher thermal conductivity and viscosity of the nanolubricant on the LCC and friction force differ significantly, according to the FTBC. The thermal conductivity increases with temperature, improving the cooling performance, reducing LCC, and slightly increasing the friction. The increase in viscosity increases both the LCC and friction. The analysis method in this study can be applied to develop nanolubricants that can improve the tribological and cooling performances of various equipment; however, additional research is required on this topic.
Driven by both environmental and economic reasons, the development of small to medium scale GTL(gas-to-liquid) process for offshore applications and for utilizing other stranded or associated gas has recently been studied increasingly. Microchannel GTL reactors have been prefrered over the conventional GTL reactors for such applications, due to its compactness, and additional advantages of small heat and mass transfer distance desired for high heat transfer performance and reactor conversion. In this work, multi-microchannel reactor was simulated by using commercial CFD code, ANSYS FLUENT, to study the geometric effect of the microchannels on the heat transfer phenomena. A heat generation curve was first calculated by modeling a Fischer-Tropsch reaction in a single-microchannel reactor model using Matlab-ASPEN integration platform. The calculated heat generation curve was implemented to the CFD model. Four design variables based on the microchannel geometry namely coolant channel width, coolant channel height, coolant channel to process channel distance, and coolant channel to coolant channel distance, were selected for calculating three dependent variables namely, heat flux, maximum temperature of coolant channel, and maximum temperature of process channel. The simulation results were visualized to understand the effects of the design variables on the dependent variables. Heat flux and maximum temperature of cooling channel and process channel were found to be increasing when coolant channel width and height were decreased. Coolant channel to process channel distance was found to have no effect on the heat transfer phenomena. Finally, total heat flux was found to be increasing and maximum coolant channel temperature to be decreasing when coolant channel to coolant channel distance was decreased. Using the qualitative trend revealed from the present study, an appropriate process channel and coolant channel geometry along with the distance between the adjacent channels can be recommended for a microchannel reactor that meet a desired reactor performance on heat transfer phenomena and hence reactor conversion of a Fischer-Tropsch microchannel reactor.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.6
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pp.1-7
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2017
The atomization of a liquid into multiple droplets has many important industrial applications, including the atomization of fuels in combustion processes and coating of surfaces and particles. Ultrasonic atomizing nozzle has a transducer that receives electrical input in the form of a high frequency signal from a power generator and converts that into mechanical energy at the same frequency. Liquid is atomized into a fine mist spray using high frequency sound vibrations. In coating applications, the unpressurized, low-velocity spray reduces the amount of overspray significantly because the droplets tend to settle on the substrate, rather than bouncing off it. The spray can be controlled and shaped precisely by entraining the slow-moving spray in an ancillary air stream using specialized types of spray-shaping equipment. The desired patterns of spray can be obtained using an air stream. To simulate the water mist behavior of an ultrasonic atomizing nozzle using an air stream, the Lagrangian dispersed phase model was employed using the commercial code FLUENT. The effects of the nozzle contraction shape, water droplet size and the pneumatic pressure drop on the spray characteristics were investigated to obtain the optimal condition for coating applications.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.3
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pp.173-179
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2016
This is a numerical study on the curved channel type of hydrogen reformer using the commercial code of fluid dynamics. We numerically compared the numerical model in a previous study model and the modelling of a tube type curved channel. In the result of numerical analysis on 4 types of curved channel reformers, the methanol conversion efficiency of type 1~4 were 45.0%, 45.3%, 45.6%, 45.6% respectively, and there was hardly any difference by ${\pm}0.6%$. In light of flow characteristics, the rectangle type tube and the type 2 with $45^{\circ}$ turn showed most uniform flow characteristics and concentration distribution of methanol, and the circular type tube and the type 3 with $90^{\circ}$ turn had most un-uniform flow characteristics and concentration distribution of methanol. We concluded that the design for curved channel reformer has to have rectangle type tube with curve of almost $45^{\circ}$ as in the type of curved pipe with $45^{\circ}$ turn.
Park, Jee Min;Moon, Joo Hyun;Lee, Hyung Ju;Lee, Seong Hyuk
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.9
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pp.69-76
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2018
The present study analyzed the effect of film hole position of 45 degree ribbed cooling channel on film cooling performance of gas turbine blades. We also investigated the influence of the ribs under the fixed blowing ratio. Three-dimensional numerical model was constructed and extensive simulation was conducted using the commercial code (Fluent ver. 17.0) under steady-state condition. Base on the simulation results, We investigated the cooling effectiveness, flow velocity, streamline, and pressure coefficient. Moreover, We analyzed the effect of cooling hole position on ejection of the secondary flow caused by the rib structure. From the results, It was found that internal flow of the cooling channel forms a vortex pair in the counterclockwise from the top side, and clockwise from the bottom side. For the channels with ribs, the vortex flow generated by the ribs caused a higher pressure difference near the hole outlet, resulting in at least 12% higher cooling effectiveness than the channel without ribs. Additionally, when the hole is located on the left side of the ribbed channel (Rib-Left), it can be found that the secondary flow generated by the ribs hits against wall surface near the hole to form a flow in the direction of the hole inclination angle. Therefore, It is considered that the region where the cooling gas discharged to the blade surface stays in the main flow boundary layer is wider than the other cases. In this case, The largest pressure coefficient difference was observed near the outlet of the hole, and as a result, the discharge of the cooling gas was accelerated and the cooling efficiency was slightly increased.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.3
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pp.10-16
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2020
Computational simulations of adsorption columns were carried out to investigate the removal characteristics of VOCs from a laundry shop. n-Decane was selected as the representative component among the VOCs emitted, and the activity of the adsorbents, such as activated carbon, was evaluated using commercial CFD code. The mathematical framework was composed of continuity and Navier-stokes equations, and the simulation was performed using the Matlab program. The adsorption isotherms of LDF, Freundlich, and Langmuir were evaluated, and the adsorption amount of the adsorption isotherms with the adsorption parameter was compared. The simulation was carried out using a particle porosity, dispersion coefficient, particle density, bed diameter, and bed length of 0.79, 42.4 ㎠/min, 485 g/L, 2.0 cm, and 2.5 cm, respectively. The effect of the gas velocity, dispersion coefficient, and voidage on the adsorption amount was compared in the Langmuir adsorption isotherm. The simulation was carried out in the velocity range of 50 to 200 cm/min, dispersion coefficient range of 100 to 400 ㎠/min, and particle porosity range of 0.66 to 0.79. The simulation results of activated carbon with benzene coincided with the Langmuir isotherm. Three types of adsorption isotherm were compared under similar conditions, and the simulation results showed the efficient adsorption condition for hydrocarbons.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.5
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pp.324-333
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2013
Recently, rudder erosion due to cavitation has been frequently reported on a semi-spade rudder of a high-speed large ship. This problem raises economic and safety issues when operating ships. The semi-spade rudders have a gap between the horn/pintle and the movable wing part. Due to this gap, a discontinuous surface, cavitation phenomenon arises and results in unresolved problems such as rudder erosion. In this study, we made a rudder model for 2-D experiments using the NACA0020 and also manufactured gap flow blocking devices to insert to the gap of the model. In order to study the gap flow characteristics at various rudder deflection angles($5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $35^{\circ}$) and the effect of the gap flow blocking devices, we carried out the velocity measurements using PIV(Particle Image Velocimetry) techniques and cavitation observation using high speed camera in Seoul National University cavitation tunnel. To observe the gap cavitation on a semi-spade rudder, we slowly lowered the inside pressure of the cavitation tunnel until cavitation occurred near the gap and then captured it using high-speed camera with the frame rate of 4300 fps(frame per second). During this procedure, cavitation numbers and the generated location were recorded, and these experimental data were compared with CFD results calculated by commercial code, Fluent. When we use gap flow blocking device to block the gap, it showed a different flow character compared with previous observation without the device. With the device blocking the gap, the flow velocity increases on the suction side, while it decreases on the pressure side. Therefore, we can conclude that the gap flow blocking device results in a high lift-force effect. And we can also observe that the cavitation inception is delayed.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.20
no.4
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pp.419-425
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2014
The current work investigated the variation of numerical solutions according to the grid number, the distance of the first grid point off the ship surface, turbulence modeling and discretization. The subject vessel is KVLCC. A commercial code, Gridgen V15 and FLUENT were used the generation of the ship hull surface and spatial system and flow computation. The first part of examination, the effect of solutions were accessed depending on the grid number, turbulence modeling and discretization. The second part was focus on the suitable selection of the distance of the first grid point off the ship surface: $Y_P+$. When grid number and discretization were fixed the same value, the friction resistance showed differences within 1 % but the pressure resistance showed big differences 9 % depending on the turbulence modeling. When $Y_P+$ were set 30 and 50 for the same discretization, friction resistance showed almost same results within 1 % according to the turbulence modeling. However, when $Y_P+$ were fixed 100, friction resistance showed more differences of 3 % compared to $Y_P+$ of 30 and 50. Whereas pressure resistance showed big differences of 10 % regardless of turbulence modeling. When turbulence modeling and discretization were set the same value, friction, pressure and total resistance showed almost same result within 0.3 % depending on the grid number. Lastly, When turbulence modeling and discretization were fixed the same value, the friction resistance showed differences within 5~8 % but the pressure resistance showed small differences depending on the $Y_P+$.
Park, Joo-Hoon;Lee, Won-Suk;Shin, You-Hwan;Kim, Kwang-Ho;Lee, Yoon-Pyo;Chung, Jin-Taek
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.8
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pp.781-787
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2011
We design a four-stage propane-refrigerant centrifugal compressor for an LNG plant. Using a commercial code, we aerodynamically designed the compressor at each design point of the corresponding stages. We estimated the one-dimensional aerodynamic design output and the three-dimensional shape of the impeller flow passage via three-dimensional flow analysis. In particular, we discuss in detail the flow characteristics of the impeller and the vaneless diffuser passages of the fourth-stage compressor in terms of the velocity fields, the pressure, and the entropy distributions of the flow passages. We include the flow effects of the tip clearance flow, because at this stage the rotating speed and total inlet pressure are higher than those at the other compressor stages are. We carried out performance tests of the designed compressor stages using propane as a refrigerant in the LNG cycle. The practical evaluation could lead to design enhancements in the future.
Han, Jun Hee;Kim, Ji Yoon;Lee, Jung Hee;Lee, Seong Hyuk
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.9
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pp.126-132
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2016
This study numerically investigates the characteristics of chemical reactions and thermal deformation in a steam reformer. These phenomena are significantly affected by the high-temperature burner gas and the process gas conditions. Because the high temperature of the burner gas ranges from 800 to 1000 K, the reformer tubes undergo substantial thermal deformation, eventually resulting in structural failure. Thus, it is necessary to understand the characteristics of the reaction and thermal deformation under the operating conditions to evaluate the reformer tubes for sustainable, stable operation. Extensive numerical simulations were carried out using commercial CFD code (ANSYS FLUENT/MECHANICA Ver. 13.0) while considering three-dimensional turbulent flows and combined heat transfer including conduction, convection, and radiation. Structural analysis considering conjugated heat transfer between solid tubes and fluid flows was conducted using the Fluid-Solid Interaction (FSI) method. The results show that when the injection temperature of the process gas and burner gas decreased, the hydrogen production rate decreased significantly, and thermal deformation decreased by at least 15 to 20%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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