Critical nozzle has been frequently employed to measure the flow rate of various gases, but hydrogen gas, especially being at high-pressure condition, was not nearly dealt with the critical nozzle due to treatment danger. According to a few experimental data obtained recently, it was reported that the discharge coefficient of hydrogen gas through the critical nozzle exceeds unity in a specific range of Reynolds number. No detailed explanation on such an unreasonable value was made, but it was vaguely inferred as real gas effects. For the purpose of practical use of high-pressure hydrogen gas, systematic research is required to clarify the critical nozzle flow of high-pressure hydrogen gas. In the present study, a computational fluid dynamics(CFD) method has been applied to predict the critical nozzle flow of high-pressure hydrogen gas. Redlich-Kwong equation of state that take account for the forces and volume of molecules of hydrogen gas were incorporated into the axisymmetric, compressible Navier-Stokes equations. A fully implicit finite volume scheme was used to numerically solve the governing equations. The computational results were validated with some experimental data available. The results show that the coefficient of discharge coefficient is mainly influenced by the compressibility factor and the specific heat ratio, which appear more remarkable as the inlet total pressure of hydrogen gas increases.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.3
no.5
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pp.337-349
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1991
Heat and mass transfer rates to spray water droplets for spray transients in a high pressure vessel have been predicted by two different droplet models: the complete mixing model and the non-mixing model. In this process, the ambient fluid surrounding the droplets is a real-gas mixture composed of saturated steam and noncondensable hydrogen gas at high pressure. The physical properties of the mixture are estimated by applying the concept of compressibility factor and using appropriate correlations. A computer program, DROPHMT, to calculate the heat and mass transfer rates for two different droplet models has been developed. As an illustrative application of the computer program to engineering practices, heat and mass transfer rates to spray water droplets for spray transients in a Pressurized Water Reactor (PWR) pressurizer have been calculated, and the typical results have been provided.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.587-593
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2002
The present research proposes a pressure based approach along with Langmuir slip condition for predicting microscale fluid flows. Using this method, gaseous slip flows in 2 -dimensional microchannels are numerically investigated. Compared to the DSMC simulation, statistical errors could be avoided and computing time is much less than that of the aforementioned molecular approach. Maxwell slip boundary condition is also studied in this research. These two slip conditions give similar results except for the pressure nonlinearity at high Knudsen number regime. However, Langmuir slip condition seems to be more promising because this does not need to calculate the streamwise velocity gradient accurately and to calibrate the empirical accommodation coefficient. The simulation results show that the proposed method using Langmuir slip condition is an effective tool for predicting compressibility and rarefaction in microscale slip flows.
Semi-submersible drilling rigs are offshore plants that perform functions such as ocean exploration for oil and gas acquisition, drilling and production, and storage and unloading of crude oil and gas. Semi-submersible drilling rigs use watertight dampers as emergency buoyancy holders. Since the watertight damper is an emergency shutoff device, it is mainly driven by a pneumatic driving system that can operate without a power supply. The pneumatic driving system has highly non-linear characteristics due to compressibility of air and external disturbance such as static and Coulomb friction. In this paper, a new control algorithm is proposed for a watertight damper driving system based on the sliding mode control with a disturbance observer. To evaluate control performance and robust stability of the designed controller, the control results were compared with the results obtained using the state feedback controller. As a result, it was confirmed that the pneumatic driving system for driving the watertight damper using the sliding mode controller with a disturbance observer can obtain excellent control performance against the parameter changes and the disturbance input.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.2
s.119
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pp.168-176
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2007
The mixture sound speed in bubbly fluids is highly dispersive due to differences of the density and compressibility between bubbles and fluids. The dispersion range in bubbly fluids expands to a higher frequency than the resonance frequency of an air bubble. A theoretical model was developed to compute the reduction of radiation noise that is generated by a force applied on an infinite flat plate using a bubble layer as a compliant baffle. For evaluating the effectiveness of a bubble layer in reducing the structure-borne noise of an infinite elastic plate, the noise reduction levels for various parameters such as the thickness of bubble layers, the volume fractions and the distribution types of bubbly fluids are calculated numerically. The noise reduction effect of an air bubble layer on an infinite flat plate is considerable level and similar to the tendency of dispersion of bubbly fluids. It is recommended that the thickness of a bubble layer should be increased with keeping an appropriate volume fraction of an air bubble for the most effective reduction of the radiation noise.
An intelligent deburring control (IDC) device is used to control the constant force for a deburring tool mounted on the end-effector of a robotic arm. This device maintains a constant contact force between the deburring tool and the workpiece in order to provide a good deburring performance. In this paper, we build a mathematical model in Matlab/Simulink to estimate the force control mechanism of the pneumatic system for the IDC device. The Simulink blocks are built for each separate part and are linked into an integrated simulation system. Such a model also relies on the effects of the flow rate through the valve, air compressibility in the cylinder, and time delay in the pressure valve. The results of the simulation are compared to a simple experiment in which convenient math modeling is performed. These results are then used to optimize the mechanical design and to develop a force control algorithm for the pneumatic cylinder.
This paper presents a dam-reservoir interaction model that includes, water compressibility, sloshing of surface water, and radiation damping at the far-end reservoir, to investigate the influence of concrete deterioration on seismic behavior along with seismic performance of gravity dams. Investigations on seismic performance of the dam body have been conducted using the linear time-history responses obtained under six real and 0.3 g normalized earthquake records with time durations from 10 sec to 80 sec. The deterioration of concrete is assumed to develop due to mechanical and chemical actions over the dam lifespan. Several computer programs have been developed in FORTRAN 90 and MATLAB programming languages to analyze the coupled problem considering two-dimensional (2D) plane-strain condition. According to the results obtained from this study, the dam structure shows critical responses at the later ages (75 years) that could cause disastrous consequences; the critical effects of some earthquake loads such as Chi-Chi with 36.5% damage and Loma with 56.2% damage at the later ages of the selected dam body cannot be negligible; and therefore, the deterioration of concrete along with its effects on the dam response should be considered in analysis and design.
This study aimed to fundamentally understand structural changes of zeolite under pressure and in the presence of different pressure-transmitting media (PTM) for application studies such as immobilization of heavy metal cation or CO2 storage using pressure. High-pressure X-ray powder diffraction study was conducted on the zeolite-W (K6.4Al6.5Si25.8O64× 15.3H2O, K-MER) to understand linear compressibility and the bulk moduli in different PTM conditions. Zeolite-w is a synthetic material having the same framework as natural zeolite merlinoite ((K, Ca0.5, Ba0.5, Na)10 Al10Si22O64× 22H2O). The space group of the sample was identified as I4/mmm belonging to the tetragonal crystal system. Water, carbon dioxide, and silicone-oil were used as pressure-transmitting media. The mixture of sample and each PTM was mounted in a diamond anvil cell (DAC) and then pressurized up to 3 GPa with an increment of ca. 0.5 GPa. Pressure-induced changes of powder diffraction patterns were measured using a synchrotron X-ray light source. Lattice constants, and bulk moduli were calculated using the Le-Bail method and the Birch-Murnaghan equation. In all PTM conditions, linear compressibility of c-axis (𝛽c) was 0.006(1) GPa-1 or 0.007(1) GPa-1. On the other hand, the linear compressibility of a(b)-axis (𝛽a) was 0.013(1) GPa-1 in silicone-oil run, which is twice more compressible than the a(b)-axis in water and carbon dioxide runs, 𝛽a = 0.006(1) GPa-1. The bulk moduli were measured as 50(3) GPa, 52(3) GPa, and 29(2) GPa in water, carbon dioxide, and silicone-oil run, respectively. The orthorhombicities of ac-plane in the water, and carbon dioxide runs were comparatively constant, near 0.350~0.353, whereas the value decreased abruptly in the silicone-oil run following formula, y = -0.005(1)x + 0.351(1) by non-penetrating pressure fluid condition.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.16
no.2
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pp.51-57
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2012
Base pressure at the base of high-speed jet has long been one of the important issues from both the view points of fluid dynamics as well as practical engineering applications. The base pressure characteristics of incompressible flows have been well known to date. However, the base pressure at transonic or supersonic speeds would be different due to the compressibility effects and shock waves. In the present paper, a CFD study has been performed to understand the base pressure characteristics at transonic and supersonic speeds, prior to experimental work. An emphasis is placed on the control of the base pressure using a simple orifice. A variety of supersonic jet plumes have been explored to investigate the flow variables influencing the base pressure. The results obtained were validated with existing experimental data and discussed in terms of the base pressure and discharge coefficient of the orifice.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.4
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pp.58-66
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1999
The flow characteristics of supersonic ejectors is often subject to compressibility, unsteadiness and shock wave systems. The numerical works carried out thus far have been of one-dimensional analyses or some Computational Fluid Dynamics(CFD) which has been applied to only a very simplified configuration. For the design of effective ejector-pump systems the effects of secondary mass flow on the supersonic ejector flow should be fully understood. In the present work the supersonic ejector-pump flows with a secondary mass flow were simulated using CFD. A fully implicit finite volume scheme was applied to axisymmetric compressible Navier-Stokes equations. The standard two-equation turbulence model was employed to predict turbulent stresses. The results obtained showed that the flow characteristics of constant area mixing tube types were nearly independent of the secondary flow rate, but the flow fields of ejector system with the second-throat were strongly dependent on the secondary flow rate due to the effect of the back pressure near the primary nozzle exit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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