Inhibition of propellant temperature rising in liquid propulsion rocket using cryogenic fluid as a propellant is very important. Especially propellant temperature rising during stand-by after filling and pre-pressurization can bring into cavitation in turbo-pump. One of the method preventing propellant temperature rising in cryogenic feeding system is recirculating propellant through the loop composed of propellant tank, feed pipe, and recirculation pipe. The circulation of propellant is promoted through gas-lift effect by gas injection to lower position of recirculation pipe. In this experiment liquid oxygen and gas helium is used as propellant and injection gas. Under atmospheric and pressurized tank ullage condition, helium injection flow-rate is varied to observe the variation of recirculating flow-rate and propellant temperature in the feed pipe. There is appropriate helium injection flow-rate for gas-lift recirculation system.
Cooling by gas helium circulation can be used for various HTS (high temperature superconductor) magnets operating at 20~40 K, and a cryogenic blower is an essential device for circulating gas helium in the cooling system. The performance of the cryogenic blower is determined by various design parameters such as the impeller diameter, the blade number, the vane angle, the volute cross-sectional area, and the rotating speed. The trailing edge angle and the height of impeller vane are also key design factors in determining the blower performance. This study describes the design, fabrication and performance evaluation of cryogenic blower to produce a flow rate of 30 g/s at 5 bar, 35 K gas helium. The impeller shape is designed using a specific speed/specific diameter diagram and CFD analysis. After the fabrication of the cryogenic blower, a test equipment is also developed using a GM cryocooler. The measured flow rates and the pressure differences are compared with the design values at various rotating speeds and the results show a good agreement. Isentropic efficiency is also evaluated using the measured pressures and temperatures.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2001.02a
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pp.48-49
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2001
Cryogenic technology is one of the key technologies for fusion reactor equipped with superconducting coil for plasma confinement. The KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)Project is in progress since 1996. Major parameters of the KSTAR tokamak are : major radius 1.8m, minor radius 0.5m, toroidal field 3.5 Tesla and plasma current 2MA with a strongly shaped plasma cross-section and double -null diverter. Considering practical engineering constraints, the KSTAR device is designed for a pulse length of 300 sec in up-graded operation mode but in the initial configuration would provide a pulse length of 20 sec provided by the poloidal coil system in base-line operation mode. The cryogenic system is composed as follows : cold box, helium compressor system, distribution box, helium gas buffer tank, helium gas purifying system, gas recovery system, liquid helium storage dewar, current lead box, current bus line and liquid nitrogen storage tank.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.363-367
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2009
For the liquid rocket propulsion system using liquid oxygen as oxidizer, helium for pressurizing LOX is usually stored in the LOX tank with cryogenic temperature. For that kind of pressurizing system, cryogenic helium is discharged from the immerged pressurant cylinder and passes through the heat exchanger downstream of gas generator. During the process, helium pressurant is heated from cryogenic temperature to high one and supplied to the ullage of propellant tank. To develop the pressurizing system, a cryogenic heating apparatus is needed to simulate the heat exchanger. In this paper, the cryogenic heating apparatus for development of the pressurization system is presented along with its heating test results with cryogenic helium.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.1
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pp.63-68
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2011
For the liquid rocket propulsion system using liquid oxygen as oxidizer, helium for pressurizing LOX is usually stored in the LOX tank with cryogenic temperature. For that kind of pressurizing system, cryogenic helium is discharged from the immerged pressurant cylinder and passes through the heat exchanger downstream of gas generator. During the process, helium pressurant is heated from cryogenic temperature to high one and supplied to the ullage of propellant tank. To develop the pressurizing system, a cryogenic heating apparatus is needed to simulate the heat exchanger. In this paper, the cryogenic heating apparatus for development of the pressurization system is presented along with its heating test results with cryogenic helium.
Fixtures such as bushings in terminations of high temperature superconducting(HTS) power cable systems are subjected to high voltages, which have to transition from ambient to cryogenic temperatures. As such it is imperative to ensure the integrity of the dielectrics under all operating conditions, including thermal aspects brought about by the passage of current. Gaseous helium(GHe) at high pressure is regarded as a potential coolant for superconducting cables. The dielectric aspects of cryogenic helium gas are both complex and demanding. In this experimental study we looked at the interface between a smooth epoxy surface and high pressure helium gas in a homogeneous electric field. The alternating current(AC) flashover voltages of epoxy samples are presented. The results have been analyzed by using Weibull statistics. In addition to the behavior of the epoxy in gaseous helium as a function of pressure and temperature we also present data of the characteristics of the epoxy in mineral oil and in liquid nitrogen($LN_2$). The breakdown characteristics of a uniform field gap in gaseous helium as a function of pressure and temperature under AC, direct current(DC) and lightning impulse voltages are also given. Electric field calculations have been made for one of the experimental geometries in an attempt to explain some of the anomalies in the experimental results.
Jangdon Kim;Youngjun Choi;Keuntae Lee;Jiho Park;Dongmin Kim;Seokho Kim
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.25
no.4
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pp.65-69
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2023
Hydrogen is an eco-friendly energy source and is being actively researched in various fields around the world, including mobility and aerospace. In order to effectively utilize hydrogen energy, it should be used in a liquid state with high energy storage density, but when hydrogen is stored in a liquid state, BOG (boil-off gas) is generated due to the temperature difference with the atmosphere. This should be re-condensed when considering storage efficiency and economy. In particular, large-capacity liquid hydrogen storage tank is required a gaseous helium circulation cooling system that cools by circulating cryogenic refrigerant due to the increase in heat intrusion from external air as the heat transfer area increases and the wide distribution of the gas layer inside the tank. In order to effectively apply the system, thermo-hydraulic analysis through process analysis is required. In this study, the condenser design and system characteristics of a gaseous helium circulation cooling system for BOG recondensation of a liquefied hydrogen storage tank were compared.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.9
no.3
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pp.66-73
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2005
The pressurization system in a liquid rocket propulsion system provides a controlled gas pressure in the ullage space of the vehicle propellant tanks. It is advantage to employ a hot gas heat exchanger in the pressurization system to increase the specific volume of the pressurant and thereby reduce over-all system weight. A significant improvement in pressurization-system performance can be achieved, particularly in a cryogenic system, where the gas supply is stored inside the cryogenic propellant tank. In this study liquid nitrogen was used instead of liquid oxygen as a simulant. The temperature characteristic of cryogenic pressurant is very important to develop some components in pressurization system. Numerical modeling and test data were studied using SINDA/FLUINT Program and PTF(Propellant-feeding Test facility).
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.168-175
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2005
The pressurization system in a liquid rocket propulsion system provides a controlled gas pressure in the ullage space of the vehicle propellant tanks. It is advantage to employ a hot gas heat exchanger in the pressurization system to increase the specific volume of the pressurant and thereby reduce over-all system weight. A significant improvement in pressurization-system performance can be achieved, particularly in a cryogenic system, where the gas supply is stored inside the cryogenic propellant tank. The temperature characteristic of cryogenic pressurant is very important to develop some components in pressurization system. Numerical modeling and Test data were studied using SINDA/FLUINT Program and PTF(Propellant-feeding Test Facility).
Seo, Mansu;Park, Hana;Yoo, DonGyu;Jung, Youngsuk;Jeong, Sangkwon
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.16
no.2
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pp.64-69
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2014
Measuring an exact amount of remaining cryogenic liquid propellant under microgravity condition is one of the important issues of rocket vehicle. A Pressure-Volume-Temperature (PVT) gauging method is attractive due to its minimal additional hardware and simple gauging process. In this paper, PVT gauging method using liquid nitrogen is investigated under microgravity condition with parabolic flight. A 9.2 litre metal cryogenic liquid storage tank containing approximately 30% of liquid nitrogen is pressurized by ambient temperature helium gas. During microgravity condition, the inside of the liquid tank becomes near-isothermal condition within 1 K difference indicated by 6 silicon diode sensors vertically distributed in the middle of the liquid tank. Helium injection with higher mass flow rate after 10 seconds of the waiting time results in successful measurements of helium partial pressure in the tank. Average liquid volume measurement error is within 11% of the whole liquid tank volume and standard deviation of errors is 11.9. As a result, the applicability of PVT gauging method to liquid propellant stored in space is proven with good measurement accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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