An integral crank driven Stirling cryocooler is solidly based on concepts of direct IR detector mounting on the cryocooler's cold finger, and the integral construction of the cryocooler and Dewar envelope. Performance factors of the cryocooler depend on operating conditions of the cryocooler such as a cyclic mean pressure of the working fluid, a rotational speed of driving mechanism, a thermal environment, a targeted operation temperature and etc.. At given charging condition of helium gas, the cyclic mean pressure of helium gas in the cryocooler changes with temperatures of the cold end and the environment. In this study, effects of the cyclic mean pressure of helium gas on performances of the Stirling cryocooler were investigated by numerical analyses using the Sage software. The simulation model takes into account thermodynamic losses due to an inefficiency of regenerator, a pressure drop, a shuttle heat transfer and solid conductions. Simulations are performed for the performance variation according to the cyclic mean pressure induced by the temperature of the cold end and the environment. This paper presents P-V works in the compression and expansion space, cooling capacity, contribution of losses in the expansion space.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.9
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pp.1264-1276
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2000
Light-off catalyst has been used for minimization of cold-start emissions. Improved cold-start performance of light-off catalyst needs the optimal design in terms of flow distribution, geometric surface area, precious metal loading, cell density and space velocity. In this study, these influential factors are numerically investigated using integrated numerical technique by considering not only 3-D fluid flow but also heat and mass transfer with chemical reactions. The present results indicate that uneven catalyst loading of depositing high active catalyst at upstream of monolith is beneficial during warm-up period but its effect is severely deteriorated when the space velocity is above 100,000 $hr^{-1}$ To maximize light-off performance, this study suggests that 1) a light-off catalyst be designed double substrate type; 2) the substrate with high GSA and high PM loading at face be placed at the front monolith; and 3) the cell density of the rear monolith be lower to reduce the pressure drop.
This study conducts shape optimization of rib turbulator on the internal cooling passage that has triangular cross-section of high pressure turbine nozzle. During optimization, various types of rib turbulator including angled, V-shaped, A-shaped and angled rib with intersecting rib are considered. Each type of rib turbulator is parameterized with attack angle(s), rib height, spacing ratio and bending/intersecting location. For optimization, Design of Experiment (DOE) and Kriging surrogate model are used to utilize computational resource more efficiently and Genetic Algorithm (GA) is used to search the optimum points. As a result, Pareto front of each type of rib turbulator with friction factor that relates to pressure drop in cooling passage and spatially averaged Nusselt number that relates to heat transfer on the wall is drawn and optimum points on the Pareto front are suggested.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.8
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pp.978-986
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1999
In this study, the general thermal and flow characteristics of flat tube with micro-channels has been studied and the correlation of Nusselt number and friction factor is proposed. The optimal flat tube geometry is determined by optimal design process. It is assumed to be a three dimensional laminar flow in the analysis of thermal and flow characteristics. The periodic boundary condition is applied since the geometry of flat tube with micro-channels shows uniform cross-section in primary flow direction. Local Nusselt number is examined for thermal characteristics of each membrane, and module average Nusselt number and friction factor are calculated to determine the characteristics of the heat transfer and pressure drop in overall flat tube with microchannels. The correlations between Nusselt number and friction factor are given by Reynolds number, aspect ratio of membranes, and the width of flat tube. ALM (Augmented Lagrangian Multiplier) method is applied to the correlations to determine an optimal shape of flat tube. It is shown that the optimal aspect ratio of flat tube is approximately 1.0, irrespective of the width of flat tube and Reynolds number.
Global air traffic is forecast to grow at an average annual rate of around 5% in the next 20 years. The continuous growth of air traffic and raised environmental awareness put increasing pressure on aero engine manufacturers to reduce fuel burn and emissions. NEWAC are a new integrated program of the European Union with focus on innovative core engine concepts to achieve this problem. In this paper, Within NEWAC, active core engine configurations will be investigated. the investigation is focused on the optimal design of the CAC heat exchanger for active core. For optimal design of he CAC heat exchanger, the HTFS of basic design of heat exchanger are analyzed so as to proceed an optimization routines based on Response Surface Method(RSM) and Design of Experiment(DOE). As a result, CAC heat exchanger optimized by 1.0314 lb/s mass flow rate and 3.9058 mm TP of tube layout and 206.8181 mm height of heat exchanger and 918 tube number for heat transfer and pressure drop. We confirm the design optimization using RSM and DOE is useful on complex structure of heat exchanger.
We have designed a new type of bubble oxygenator (KOREA-KIM VENOTHERM OXYGENATOR) made of PVC sheet and deforming mesh incorporated in the heat exchanger, and evaluated in experimental animal for the analysis of it`s efficiency. The Oxygenator has low priming volume with high flow rate up to 6 L/rain, and efficiency of heat exchanger was excellent as 1-$1.5^{\circ}C.$ using total cardiopulmonary bypass method under moderate to deep hypothermia. Average priming volume of 1317 ml with 30% hemodilution method was perfused with an average of 1.1-3.0 L/min.$M^2$of arterial blood and pure oxygen at a rate of 2-3.4 L/min for 49.6 minutes continuously in average. During total cardiopulmonary bypass, average $PaO_2$ was $159.8{\pm}60$mmHg, $PaCO_2$$41.0{\pm}3$mmHg respectively under $SaO_2$ over 96% with systolic arterial pressure of 70 mmHg and CVP of 5-10 cm$H_2O$. Plasma free Hemoglobin was $7.0{\pm}4$ mg/dl with 25% drop of hemoglobin and hematocrit at the end of cardiopulmonary bypass. This KKV Oxygenator was observed to have excellent capabillty of oxygen and carbon dioxide gas transfer with small amount of blood trauma, and the efficiency of heat exchanger was satisfactory during cooling and rewarming of the bubbled blood. Disadvantages have included the somewhat poor deforming effect due to loose PVC fiber mesh, the extracompact character of Teflon filters, and the rough inner surface of the heat exchanger copper pipes.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.1
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pp.73-79
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2011
A portion of oil for lubrication of compressor flows together with refrigerant in the refrigeration system. If the oil discharge from a compressor is increased in the refrigeration system, not only pressure drop is increased in other components, such as evaporator and gas cooler, but also heat transfer coefficient in the heat exchangers is decreased. Oil discharge rate from a compressor may strongly depend on operating conditions of a compressor. In this study, one stage single rotary compressor is employed for measuring oil circulation ratio(OCR). Carbon dioxide and PAG oil are used as refrigerant and lubricant. Using a U-tube densimeter, mixture density is measured. Oil circulation ratio(OCR) can be estimated by measured mixture density. The results obtained indicate that the oil circulation ratio(OCR) is increased as the suction temperature or compressor operating frequency is increased. Oil circulation ratio(OCR) correlation of the compressor is also suggested.
Presently, the VHTGR (Very High Temperature Gas-cooled Reactor) is considered the most attractive candidate for a GEN-IV reactor to produce hydrogen, which will be a key resource for future energy production. A new concept for a reactor cavity cooling system (RCCS), a critical safety feature in the VHTGR, is proposed in the present study. The proposed RCCS consists of passive water pool and active air cooling systems. These are employed to overcome the poor cooling capability of the air-cooled RCCS and the complex cavity structures of the water-cooled RCCS. In order to estimate the licensibility of the proposed design, its performance and integrity were tested experimentally with a reduced-scale mock-up facility, as well as with a separate-effect test facility (SET) for the 1/4 water pool of the RCCS-SNU to examine the heat transfer and pressure drop and code capability. This paper presents the test results for SET and validation of MARS-GCR, a system code for the safety analysis of a HTGR. In addition, CFX5.7, a computational fluid dynamics code, was also used for the code-to-code benchmark of MARS-GCR. From the present experimental and numerical studies, the efficacy of MARS-GCR in application to determining the optimal design of complicated systems such as a RCCS and evaluation of their feasibility has been validated.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.6
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pp.579-586
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2013
This paper proposes a mode transition algorithm between the grid-tied and the stand-alone operations for the single-phase inverter with the energy storage system. For the grid-tied operation, the dc-link voltage and the output current are required to be control. For the stand-alone mode, both the output voltage and the output current should be regulated. In order to mitigate a falling-off in control performance during transients in mode change, the load power estimation and the current selection schemes are proposed. The proposed method allows an optimized current reference is selected to reduce an output voltage drop and an excessive over-current in transient. To verify the effectiveness of the proposed method, both the simulation and the experiments for a 3kW single-phase inverter with the energy storage system have been conducted. From the results, it has been confirmed that the proposed method reduces a transient error as well as implementing smooth mode transition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2601-2610
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1993
A numerical study on the melting process inside an isothermal spherical capsule is made. It is assumed that the phase change medium of its solid phase is heavier than the liquid phase and therefore the unmelted solid core is continuously moving downward on account of gravity forces. Such a gravity-assisted melting is commonly characterized by the existence of a thin liquid film below the solid core. The present study is motivated to present a full-equation-based analysis of the influences of the initial subcooling and the natural convection on the fluid flow and heat transfer characteristics associated with the gravity-assisted melting. In the light of the solution strategy, the present study is substantially distinguished from the existing works in that the complete set of governing equations in both the melted and unmelted regions are resolved without subdivision of the solution domains. For example, the liquid film region and the upper melted region are treated here as one domain and thus obviating laborious efforts to couple them. Numerical results are obtained by varying the Rayleigh numbers and the degree of subcooling. For the range of parameters examined, the presence of subcooling was found to impede the melting rate. The dropping velocity of the unmelted solid core was observed to affect the natural convection in the liquid significantly. When compared with the available experimental data, much improved prediction was achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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