This paper relates to reducing the temperature of a cryogenic liquid by contacting it with gas bubbles, which can be characterized by diffusion-driven evaporative cooling, The characteristic of diffusion-driven evaporative cooling is thoroughly examined by theoretical. analytical and experimental methods specifically for the case of helium injection into liquid oxygen. The results reveal that if the gaseous oxygen partial pressure in helium bubbles is lower than the liquid oxygen vapor pressure, cooling occurs autonomously due to diffusion mass transfer. The method of lowering the injected helium temperature turns out to be very effective for cooling purpose.
Kim, San;Chung, Ji Hong;Lee, Jae Won;Sohn, Dong Kee;Ko, Han Seo
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.17
no.3
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pp.24-31
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2019
Recently, an air-lift bio-reactor operated by micro bubbles has been utilized to product hydrogen fuel. To enhance the performance, characteristics of hydrodynamics inside the bio-reactor were analyzed using a numerical simulation for two-phase flow. An Eulerian model was employed for both of liquid and gas phases. The standard k-ε model was used for turbulence induced by micro bubbles. A Population Balance Model was employed to consider size distribution of bubbles. A hollow cylinder was introduced at the center of the reactor to reduce a dead area which disturbs circulation of CO bubbles. An appropriate diameter of the draft tube and hollow cylinder were optimized for better performance of the bio-reactor. The optimum model could be obtained when the cross-sectional area ratio of the hollow cylinder to the reactor, and the width ratio of the riser to the downcomer approached 0.4 and 3.5, respectively. Consequently, it is expected that the optimum model could enhance the performance of the bio-reactor with the homogeneous distribution and higher density of CO, and more effective mixing.
Kim, Jong-Chul;Jang, Sea-Il;Son, Min-Il;Kim, Tae-Ok
Applied Chemistry for Engineering
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v.8
no.5
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pp.816-821
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1997
The hydrodynamics and the liquid flow characteristics were investigated in an internal circulation airlift reactor with a single nozzle as a gas distributor. In an air-water system, the gas holdup in the individual flow zone and the impulse-response curve of tracer were measured at various gas velocities and reactor heights. Experimental results showed that for the higher gas velocity(>about 8 cm/s), the flow behavior of bubbles in the riser was turbulent flow due to strong bubble coalescences and the axial height of dispersion zone of large bubbles having uniform sizes in the downcomer was decreased with increasing gas velocity. And mean gas holdups in the individual flow zone and the reactor were increased with increasing gas velocities and were decreased with increasing heights of the top section of the reactor and it was decreased with increasing the height of the top section and gas velocity. Flow characteristics of liquid in the riser and the downcomer was tend to access to plug flow and the overall flow behavior of liquid was mainly varied with the size of the top section which it was assumed to be perfect mixing zone. In these conditions, liquid circulation velocities were increased with increasing gas velocities and they were higher than those by using other gas distributors.
In Japan, research and development were undertaken on gas hydrate-side industrial processes associated with power generation system connections that may particularly be necessary to develop gas hydrated technology-based industrial systems. In so doing, data and engineering technologies useful n formulating guidelines on design of practical process were accumulated. In addition, basic research into theoretical evidence were carried out to promote and support the development of technological elements for those processes. In basic research designed to promote and support the research and development of elemental technologies, microanalyses were conducted to understand the decomposition mechanism of mixed gas hydrate. Moreover, measurement technologies that can be applied in industrial processes, such as numerical analyses and concentration measurement, were examined. Japan has developed a highly efficient gas hydrate formation process using micro-bubbles with a tubular reactor. Higher formation rate over conventional systems has been obtained by the process. As mentioned above, the technical problems were clarified and the economics were studied from a view point of the NGH technology in this study. The results can be applied for utilization and must contribute to popularization of gas hydrate production.
Hydrodynamic characteristics such as gas holdup, liquid circulation velocity and bed expansion in a hexagonal inverse fluidized bed were investigated using air-water system by changing the ratio ($A_d$/$A_r$) of cross-sectional area between the riser and the downcomer, the liquid level($H_1$/H), and the superficial gas velocity($U_g$). The gas holdup and the liquid circulation velocity were steadily increased with the superficial gas velocity increasing, but at high superficial gas velocity, some of gas bubbles were carried over to a downcomer and circulated through the column. When the superficial gas velocity was high, the $A_d$/$A_r$ ratio in the range of 1 to 2.4 did not affect the liquid circulation velocity, but the maximum bed expansion was obtained at $A_d$/$A_r$ ratio of 1.25. The liquid circulation velocity was expressed as a model equation below with variables of the cross-sectional area ratio($A_d$/$A_r$) between riser to downcomer, the liquid level($H_1$/H), the superficial gas velocity($U_g$), the sparser height[(H-$H_s$)/H], and the draft Plate level($H_b$/H). $U_{ld}$ = 11.62U_g^{0.75}$${(\frac{H_1}{H})}^{10.30}$${(\frac{A_d}{A_r})}^{-0.52}$${(\frac({H-H_s}{H})}^{0.91}$${(\frac{H_b}{H})}^{0.13}$
In Japan, research and development were undertaken on gas hydrate-side industrial processes associated with power generation system connections that may particularly be necessary to develop gas hydrated technology-based industrial systems. In so doing, data and engineering technologies useful n formulating guidelines on design of practical process were accumulated. In addition, basic research into theoretical evidence were carried out to promote and support the development of technological elements for those processes. In basic research designed to promote and support the research and development of elemental technologies microanalyses were conducted to understand the decomposition mechanism of mixed gas hydrate. Moreover, measurement technologies that can be applied in industrial processes, such as numerical analyses and concentration ion measurement, were examined. Japan has developed a highly efficient gas hydrate formation process using micro-bubbles with a tubular reactor. Higher formation rate over conventional systems has been obtained by the process. As mentioned above, the technical problems were clarified and the economics were studied from a view point of the NGH technology in this study. The results can be applied for utilization and must contribute to popularization of gas hydrate production.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.05a
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pp.57-60
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2006
The instability analysis of submerged gas flow into liquid is studied, which assumes gas and liquid as viscous and irrotational. At low mass flow rate of gas, injected gas plume is collection of bubbles, and increase of gas flow rate makes plume as a jet. It is well known that the transition from bubbling to jetting occurs in the transonic region. But previous works neglect viscous effect of gas flow into liquid. This paper concerns about an application of viscous potential flow theory in cylindrical gas flow into liquid. The growth rate versus wave number and mach number is compared with various condition including inviscid and viscous flow.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.9
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pp.513-520
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2016
It is well known that volatile compounds including disinfection by-products as well as emissive dissolved gas in water can be removed effectively by air stripping. The micro-bubbles of flotation unit are so tiny as microns while the diameter of fine bubbles applied to air stripping is ranged from hundreds to thousands of micrometer. Therefore, the micro-bubbles in flotation can supply very wide specific surface area to transfer volatile matters through gas-liquid boundary. In addition, long emission time also can be gained to emit the volatile compound owing to the slow rise velocity of micro-bubbles in the flotation tank. There was a significant difference of the THMs species removal efficiency between air stripping and flotation experiments in this study. Moreover, the results of comparative experiments on the removal characteristics of THMs between air stripping and flotation revealed that the mass transfer coefficient, $K_La$ showed obvious differences. To overcome the limit of low removal efficiency of dissolved volatile compounds such as THMs in flotation process, the operation range of bubble volume concentration is required to higher than the operation condition of conventional particle separation.
In the sodium-cooled fast reactor, the steam generator is a heat exchange device between sodium and water, which may cause leakage, resulting in a sodium-water reaction accident, which in turn affects the safe operation of the entire nuclear reactor. To this end, the electromagnetic vortex flowmeter is used to detect leakage of the steam generator and its signal processing method is studied in this paper. The hydraulic experiment was carried out by using water instead of liquid sodium, and the sensor output signal of the electromagnetic vortex flowmeter under different gas injection volumes was collected. The bubble noise signal is reflected by the base line of the sensor output signal. According to the relationship between the proportion of the bubble noise signal in the sensor output signal and the gas injection volume, a signal processing method based on the energy ratio calculation is proposed to detect whether the water contains bubbles. The gas injection experiment of liquid sodium was conducted to verify the effectiveness of the signal processing method in the detection of bubbles in sodium, and the minimum detectable leak rate of water in the steam generator was detected to be 0.2 g/s.
Characteristics of gas-liquid mass transfer and interfacial area were investigated in a bubble column of diameter and height of 0.102 m and 2.5 m, respectively. Effects of gas and liquid velocities on the volumetric gas-liquid mass transfer coefficient ($k_La$), interfacial area (a) and liquid side true mass transfer coefficient ($k_L$) were examined. The interfacial area and volumetric gas-liquid mass transfer coefficient were determined directly by adopting the simultaneous physical desorption of $O_2$ and chemical absorption of $CO_2$ in the column. The values of $k_La$ and a increased with increasing gas velocity but decreased with increasing liquid velocity in the bubble column which was operated in the churn turbulent flow regime. The value of $k_L$ increased with increasing gas velocity but did not change considerably with increasing liquid velocity. The liquid side mass transfer was found to be related closely to the liquid circulation as well as the effective contacting frequency between the bubbles and liquid phases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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