고공 환경에서의 점화 연소 특성을 확인하기 위해 선행되어야 할 저압/저온 환경 모사 및 연료 유량 제어 실험을 수행하였다. 저압 환경을 모사하기 위하여 초음속 디퓨저를 이용하였고, 공기 유량 공급 및 디퓨저 1차 전단 노즐 압력에 따라 다양한 고도의 저압 환경을 조성할 수 있음을 확인하였다. 또한 저온 환경을 모사하기 위해 액체 질소를 이용한 열교환기를 활용하였고, 혼합 탱크로 유입되는 극저온/상온 공기 온도 조건을 일정하게 유지할 경우 다양한 공기 유량 조건에서 혼합 공기의 온도는 극저온/상온 공기의 혼합비에 의해 결정됨을 알 수 있었다. 이에 따라 본 연구에서 구축한 고고도 환경 모사 시스템을 활용하여 다양한 고도 조건에서의 점화 및 연소 특성 실험 수행이 가능함을 입증하였다.
In recent years, aluminum processing has been increasing in the aerospace, vehicle, airplane industries etc., because aluminum has abundant resources and has a high specific strength. Aluminum alloys have a high coefficient of thermal expansion therefore, it is necessary to consider the temperature problem in the cutting process. The objective of this research is to investigate the machinability of a hardened aluminum alloy Al7075-T6 by using cryogenic heat treatment. The machining test is conducted by comparing the cutting force and surface roughness, corresponding to various cutting conditions of depth of cut, cutting speed, and feed rate, with those of Al7075-T0.
A Superconducting Fault Current Limiter is an electric power device which limits the fault current immediately in a power grid. The SFCL must be cooled to below the critical temperature of high temperature superconductor modules. In general, they are submerged in sub-cooled liquid nitrogen for their stable thermal characteristics. To cool and maintain the target temperature and pressure of the sub-cooled liquid nitrogen, the cryogenic cooling system should be designed well with a cryocooler and coolant circulation devices. The pressure of the cryostat for the SFCL should be pressurized to suppress the generation of nitrogen bubbles in quench mode of the SFCL. In this study, we tested the performance of the cooling system for the prototype 154 kV SFCL, which consist of a Stirling cryocooler, a subcooling cryostat, a pressure builder and a main cryostat for the SFCL module, to verify the design of the cooling system and the electric performance of the SFCL. The normal operation condition of the main cryostat is 71 K and 500 kPa. This paper presents tests results of the overall cooling system.
An experiment was carried out to evaluate the heat transfer enhancement and the pressure drop characteristics for liquid nitrogen using wire-coil-insert technique under horizontal two-phase conditions. The tube inner diameters were 8 mm and 15 mm, respectively and the tube length was 4.7 m. The helix angle of the wire coil insert was $50^{\circ}$ and its length was 4.7 m. Heat transfer coefficients for both the plain and the enhanced test tubes were calculated from the measurements of temperatures, flow rates and pressure drops. A correlation in a power-law relationship of the Nusselt number, Reynolds number and Prandtl number for the heat transfer was proposed which can be available for design of cryogenic heat exchangers. The correlation showed that heat transfer coefficients for the wire-coil inserts were much higher than those for plain tubes, increased by more than $1.8{\sim}2.0$ times depending upon the range of the equivalent Reynolds number. The correlation was compared with other various correlations in the turbulent flow conditions.
The effect of C, Mn, and Al additions on the tensile and Charpy impact properties of austenitic high-manganese steels for cryogenic applications is investigated in terms of the deformation mechanism dependent on stacking fault energy and austenite stability. The addition of the alloying elements usually increases the stacking fault energy, which is calculated using a modified thermodynamic model. Although the yield strength of austenitic high-manganese steels is increased by the addition of the alloying elements, the tensile strength is significantly affected by the deformation mechanism associated with stacking fault energy because of grain size refinement caused by deformation twinning and mobile dislocations generated during deformation-induced martensite transformation. None of the austenitic high-manganese steels exhibit clear ductile-brittle transition behavior, but their absorbed energy gradually decreases with lowering test temperature, regardless of the alloying elements. However, the combined addition of Mn and Al to the austenitic high-manganese steels suppresses the decrease in absorbed energy with a decreasing temperature by enhancing austenite stability.
The structural materials for cryogenic technology have been recently developed to support the many modern large-scale application from superconducting magnets for nuclear fusion reactor, magnetic levitation railway to LNG tankers. However it is pointed out that quenching phenomenon is one of the serious problems for the integrity of these applications, which is mainly attributed to the rapid temperature rising in the material due to some extrinsic factors of structures. From the viewpoint of fracture mechanics, it is therefore very important to clarify the mechanism of temperature rising of structural material due to cyclic loading at cryogenic temperature. From this purpose, fatigue test was carried out for high manganese steel at liquid helium temperature(4.2K) using triangular stress waveform to identify both the mechanism of temperature rising near crack tip and the effect of loading stress waveform on temperature rising near crack tip and the effect of loading stress waveforms on temperature rising. As the results, two types of temperature rising, that is, regular and burst types were observed. And a periodical temperature rising corresponding to the stress waveforms was also found. The peaks of the temperature rising were recorded near both the maximum and the minimum values of the applied stress. The sudden temperature rises, which indicated the higher values than those of periodical temperature rises under the repetition of stress, were observed at the final region of crack growth. It was shown that the peak values of the temperature rising increased with stress intensity factor range.
Jo, Soo Hyun;Han, Ji Hee;Kim, Jong Oh;Han, Hwi;Hong, Sang Jeen
반도체디스플레이기술학회지
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제20권2호
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pp.92-97
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2021
The importance of processes in cryogenic environments is increasing in a way to address problems such as critical dimension (CD) narrow and bottlenecks in micro-processing. Accordingly, in this paper, we proceed with the design and analysis of Electrostatic Chuck(ESC) and Coolant in cryogenic environments, and present optimal model conditions to provide the temperature distribution analysis of ESC in these environments and the appropriate optimal design. The wafer temperature uniformity was selected as the reference model that the operating conditions of the refrigerant of the liquid nitrogen in the doubled aluminum path were excellent. Design of simulation (DOS) was carried out based on the wheel settings within the selected reference model and the classification of three mass flow and diameter case, respectively. The comparison between factors with p-value less than 0.05 indicates that the optimal design point is when five turns of coolant have a flow rate of 0.3 kg/s and a diameter of 12 mm. ANOVA determines the interactions between the above factor, indicating that mass flow is the most significant among the parameters of interests. In variable selection procedure, Case 2 was also determined to be superior through the two-Sample T-Test of the mean and variance values by dividing five coolant wheels into two (Case 1 : 2+3, Case 2: 3+2). Finally, heat transfer analysis processes such as final difference method (FDM) and heat transfer were also performed to demonstrate the feasibility and adequacy of the analysis process.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권4호
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pp.580-597
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2013
Three materials SUS304, 9% Ni steel and Al 5083-O alloy, which are considered possible candidate for International Maritime Organization (IMO) type B Cargo Containment System, were studied. Monotonic tensile, fatigue, fatigue crack growth rate and Crack Tip Opening Displacement tests were carried out at room, intermediate low ($-100^{\circ}C$) and cryogenic ($-163^{\circ}C$) temperatures. The initial yield and tensile strengths of all materials tended to increase with decreasing temperature, whereas the change in elastic modulus was not as remarkable. The largest and smallest improvement ratio of the initial yield strengths due to a temperature reduction were observed in the SUS304 and Al 5083-O alloy, respectively. The fatigue strengths of the three materials increased with decreasing temperature. The largest increase in fatigue strength was observed in the Al 5083-O alloy, whereas the 9% Ni steel sample showed the smallest increase. In the fatigue crack growth rate test, SUS304 and Al 5083-O alloy showed a decrease in the crack propagation rate, due to decrease in temperature, but no visible improvement in da/dN was observed in the case of 9% Ni steel. In the Crack Tip Opening Displacement (CTOD) test, CTOD values were converted to critical crack length for the comparison with different thickness specimens. The critical crack length tended to decrease in the case of SUS304 and increase for the Al 5083-O alloy with decreasing temperature. In case of 9% Ni steel, change of critical crack length was not observed due to temperature decrease. In addition, the changing material properties according to the temperature of the LNG tank were analyzed according to the international code for the construction and equipment of ships carrying liquefied gases in bulk (IGC code) and the rules of classifications.
Austenitic stainless steels(SUS 304, SUS 316), which are used for safety control valve of LNG carrier, are occasionally exposed in the cryogenic environment. In this regards, it is required to evaluate the mechanical characteristics under the low temperature environment. In this study, a series of uniaxial tensile test was carried out varying temperature for austenitic stainless steel. The phenomena of the strain-induced plasticity have been observed on the all temperature ranges. The critical value for threshold of 2nd hardening due to the phase transformation induced plasticity as well as the increase of hardening have been reported. The summarized experimental results would be used for the validation of numerical techniques applicable for the nonlinear hardening behavior of austenitic stainless steel under the cryogenic temperature environment.
폐회로 열제어 시스템은 열진공 챔버의 온도를 $-150^{\circ}C{\sim}120^{\circ}C$와 같은 온도 조건으로 모사하기 위한 시스템으로, 극저온 블로워, 슈라우드, 히터, 극저온 밸브 등으로 구성된다. 본 연구는 우주 열환경 모사를 위한 폐회로 열제어 시스템의 설계 요소 정의 및 제어 변수별 실험 결과 등을 포함하고 있다. 폐회로 열제어 시스템 설계를 위해 설계 요소인 블로워 용량, 슈라우드 재질, 형태에 따른 특성 등의 분석을 수행 하였다. 폐회로 열제어 시스템의 극저온 블로워 필요 유량은 에너지 평형 방정식에 의해 결정되며, 제어는 작동 유체의 밀도 제어를 통해 제어된다. 밀도, 회전수와 같은 제어 변수별 실험을 통해 슈라우드 온도 분포 균질도 및 균일도를 측정하여 요구된 폐회로 열제어 시스템의 성능을 확인 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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