Park, Sehyeon;Bae, Junhyuk;Kim, Kyoungjoong;Jeong, Sangkwon
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제20권3호
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pp.21-27
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2018
It is difficult to fabricate and maintain moving parts of expander at cryogenic temperature. This paper describes numerical analysis and experimental investigation on a cryogenic reciprocating expander without moving piston. An intake valve which takes high-pressure gas, and an exhaust valve which discharges low-pressure gas, are connected to a tube. The inside pressure of the tube is pulsated for work production. This geometric configuration is similar to that of pulse tube refrigerator but without regenerator. An orifice valve and a reservoir are installed to control the phase of the mass flow and the pressure. At the warm end, a heat exchanger rejects the heat which is converted from the produced work of the expanded gas. For the numerical analysis, mass conservation, energy conservation, and local mass function for valves are used as the governing equations. Before performing cryogenic experiments, we carried out the expander test at room temperature and compared the performance results with the numerical results. For cryogenic experiments, the gas is pre-cooled by liquid nitrogen, and then it enters the pulse tube expander. The experiments are controlled by the opening of the orifice valve. Numerical analysis also found the expander conditions that optimize the expander performance by changing the intake pressure and valve timing as well as the opening of the orifice valve. This paper discusses the experimental data and the numerical analysis results to understand the fundamental behavior of such a newly developed non-mechanical expander and elucidate its potential feature for cryogenic application.
KEPRI has studied planar type SOFC stacks using anode-supported single cells and kW class co-generation systems for residential power generation. A 1kW class SOFC system consisted of a hot box part, a cold BOP part and a water reservoir. A hot box part contains a SOFC stack made up of 48 single cells and ferritic stainless steel interconnectors, a fuel reformer, a catalytic combustor and heat exchangers. Thermal management and insulation system were especially designed for self-sustainable operation. A cold BOP part was composed of blowers, pumps, a water trap and system control units. When a 1kW class SOFC system was operated at $750^{\circ}C$ with hydrogen after pre-treatment process, the stack power was 1.2kW at 30 A and 1.6kW at 50A. Turning off an electric furnace, the SOFC system was operated using hydrogen and city gas without any external heat source. Under self-sustainable operation conditions, the stack power was about 1.3kW with hydrogen and 1.2kW with city gas respectively. The system also recuperated heat of about 1.1kW by making hot water.
We present the modeling results of deuterium fractionation of water ice, $H_2$, and the primary deuterium isotopologues of $H3^+$ in the physical conditions associated with the star and planet formation process. We calculated the deuterium chemistry for a range of gas temperatures (Tgas~10-30 K) and ortho/para ratio (opr ) of $H_2$ based on state-to-state reaction rates and explore the resulting fractionation including the formation of a water ice mantle coating grain surfaces. We find that the deuterium fractionation exhibits the expected temperature dependence of large enrichments at low gas temperature, but only for opr-H2<0.01. More significantly the inclusion of water ice formation leads to large D/H ratios in water ice (${\geq}10^{-2}$ at 10 K) but also alters the overall deuterium chemistry. For T<20 K the implantation of deuterium into ices lowers the overall abundance of HD which reduces the efficiency of deuterium fractionation at high density. Under these conditions HD will not be the primary deuterium reservoir in the cold dense interstellar medium and $H3^+$ will be the main charge carrier in the dense centers of pre-stellar cores and the protoplanetary disk midplane.
As the exploitation of oil and gas resources advances into deeper waters and harsher environments, the design and analysis of the flexible risers has become the research focus in the offshore engineering filed. Due to the complexity of the components and the sliding between the adjacent layers, the bending response of the flexible risers is highly non-linear. This paper presents the finite element analysis of the flexible risers under bending loads. The detailed finite element model of the flexible riser is established in ABAQUS software. This finite element model incorporates all the fine details of the riser to accurately predict its nonlinear structural behavior. Based on the finite element model, the bending moment-curvature relationships of a flexible riser under various axisymmetric loads have been investigated. The results have been compared with the analytical ones obtained from the literature and good agreements have been found. Moreover, the stress of the tendon armors has been studied. The non-linear relationship between the armor tendons' stress and the bending loads has been obtained.
In our study, the PTFE nozzle ablation in the high-voltage self-blast type $SF_6$ gas circuit breaker was investigated. The test circuit breaker has the structure that the pin electrode is moving and the pressure reservoir volume and the dimension is almost same as commercial 145kv 40kA circuit breaker for similar result in real circuit breaker. The variation of current and arcing time was the range of $36kA_{rms}$(symmetry) - $40kA_{rms}$(asymmetry) and 10-16 ms. From the measured data the tendecy of the mass loss of the nozzle to current load and arc energy was estimated. In this process, the distance from the arc to nozzle(PTFE) surface, area which was exposed to arc and stroke contour was considered. These results will be used to enhance the accuracy of the computational fluid dynamics analysis in circuit breaker and estimate the residual life time of a circuit breaker.
가스하이드레이트가 육상 동토지역과 심해저 퇴적층에 막대한 규모로 부존되어 있음이 밝혀지면서 가스하이드레이트 연구개발 선도국가에서 수행한 최근의 가스하이드레이트 육상 및 해상 생산 시험 결과는 가스하이드레이트가 미래의 에너지 자원으로서 사용 가능성을 높이고 있음을 보여주고 있다. 캐나다 말릭 2002 프로젝트에서는 열수 순환법을 이용하여 5일간 약 $480m^3$의 가스를 생산하였고, 말릭 2006-2008 프로젝트에서는 감압법에 의해 6일간 안정적 연속 생산으로 $13,000m^3$의 누적 생산량을 보임으로서 감압법이 가스하이드레이트부터 가스를 생산하는 유효한 방법임이 입증되었다. 2012년도의 미국 알라스카 현장 시험은 $CO_2-CH_4$ 치환 (맞교환법)을 이용하여 $CO_2+N_2$ 혼합가스를 주입하고 메탄을 생산하는 최초의 시험으로서 약 $6,000m^3$의 혼합가스를 주입하여 일일 생산 최대 $1,270m^3$의 가스를 생산하였다. 최근의 가장 주목할 만한 성과로는 일본이 난카이 해구에서 2013년 3월 감압법을 이용한 세계 최초의 해상 생산 시험을 실시하고, 6일 동안 누적량 $120,000m^3$의 가스를 생산한 것이라 할 수 있다. 일본이 생산 시험을 위해 수행하였던 연구개발 결과와 기술적 이슈들은 2015년도에 생산 시험을 준비하고 있는 우리에게도 많은 시사점을 주는데, 특히 감압 시나리오에 따른 생산 공정 설계, 모래 유입 등 시험정 완결 기법, 생산시 지반 안정성 등 생산 시험 공정 기술 개발의 모든 공정 요소에 대한 면밀한 검토가 요구된다.
적합한 인공채유법의 선정은 유정의 효율적인 운영과 경제성의 측면에서 중요하다. 일반적으로 인공채유법의 선정은 유정 설계에 포함되는 과정이며, 저류층의 상황이나 유정의 생산 조건에 따라 두 가지 이상의 인공채유법을 적용한 혼합시스템을 활용하여 오일생산량을 증가시킬 수 있다. 대표적인 인공채유법 중 하나인 전기공저펌프(Electric submersible pump, ESP)는 전기 에너지를 이용한 다단계 원심분리형 펌프를 이용하여 유정 하부에서 압력을 공급하는 방식으로 오일생산량을 증대시킨다. 그러나 이 방식은 펌프의 수명과 연관된 결함에 의해 적용 기간에 한계를 가지는 단점이 있다. 이에 전기공저펌프/가스리프트 혼합시스템(ESP/Gas lift hybrid system)을 적용하여 전기공저펌프의 결함 발생 시에는 바로 가스리프트로 전환하여 오일생산이 중단되는 시간을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 퍼미안 분지에 있는 육상 수평정을 대상으로 전기공저펌프/가스리프트 혼합시스템을 적용했을 때의 생산 중단시간의 감소에 따른 오일생산량 차이 및 경제성 분석을 수행하였다. 전기공저펌프/가스리프트 혼합시스템은 전기공저펌프의 단독 적용에 비교하여 더욱 효율적인 오일 생산성을 나타냄을 확인하였다. 또한 이 연구에서는 혼합시스템을 적용했을 때 얼마나 경제적 이득이 있는지를 정량적으로 예측함을 나타냈다.
세계 에너지 수요는 개발도상국을 중심으로 하여 폭발적으로 증가하고 있는 반면 땅 속에 매장되어 있는 화석연료는 점점 줄어들고 있고 화석연료의 사용으로 발생되는 지구 환경오염도 해결해야 할 중요한 과제이다. 이 시점에서 화석연료의 활용도를 높이고 환경친화적인 연료로의 개발이 매우 필요가 있다. 최근 이러한 문제를 해결할 수 있는 연료로서 제시되고 있는 DME 연료에 대하여 국내?외 기술개발, 보급 및 시장현황을 소개하고자 한다.
Microorganisms specifically groups of bacteria exhibiting physiological activities of production of acids are a major cause of concern because of their ability to induce corrosion in oil field pipelines and metal systems involved in water handling. Water Injection Stations as a means of secondary recovery from existing oil producing reservoirs, are often employed in most upstream oil and gas industries to ensure replenishment of voidage, maintenance of reservoir pressure and optimization of crude emulsion throughput. In the present study, scanning electron microscopy of macroscopic orange coloured slime formations sampled from leaking valves on the flow-lines of a Water Injection Stations of Oil India Limited revealed the presence of filamentous bacterial mats in association with diatoms. The species composition of the acidic slime formations from the sampled locations reveal the possible role of acid producing iron oxidizing bacteria (IOB) like Acidithiobacillus ferrooxidans in association with Gomphonema sp. in creating conditions for bio-corrosion.
한국가시화정보학회 2001년도 Proceedings of 2001 Korea-Japan Joint Seminar on Particle Image Velocimetry
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pp.36-43
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2001
The flow field structures of two interacting parallel supersonic free jets are studied by flow visualization using planar laser-induced fluorescence of NO seeded in nitrogen gas. The experiments are carried out for several distances between two orifice centers and for various ratios of the pressure in the reservoir to that in the expansion chamber. The flow fields are visualized mainly on the plane including two jet centerlines and its characteristic shock system, especially a cell structure formed secondly by interaction of two jets, are analyzed. The positions of the normal shock depending on the pressure ratios are also compared.
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