Centrifugal pumps consume considerable amount of energy in various industrial applications. Therefore, improvement of the efficiency of these machines has become a major challenge. Cavitation is a phenomenon which decreases the pump efficiency and even causes structural demage. Hence, the goal of this paper is to investigate the cavitation problem in the single-stage and double-stage centrifugal pumps. The Volume of Fraction (VOF) method has been used for the numerical simulations together with Rayliegh-Plesset model for the gas-liquid two-phase flow inside the pump. In order to capture the turbulent phenomena, the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model has been adopted, and the simulations have been done as unsteady cases. In addition, the motion of the rotating parts has been simulated using Multi Reference Frame(MRF) method. The results are presented and compared in terms of hydraulic head and NPSH for both the single-stage and double-stage pumps. The H-Q curves show the effects of cavitation on decreasing the pumps performances.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.5
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pp.37-46
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2013
The gas jet from a coaxial porous injector for two-phase flows is discharged radially from the porous surface, which encloses the center liquid jet. Several hot-firing test using ethanol/nitrous oxide propellants was conducted to analyze the effect of oxidizer/fuel ratio on the combustion performance, and the uncertainty analysis was performed for the results. The characteristic velocity was affected by oxidizer/fuel ratio similarly with the results of CEA calculation except that the maximum characteristic velocity was appeared in the stoichiometric ratio. The characteristic velocity efficiency was increased as the oxidizer/fuel ratio increases.
As regional air pollution gets worse by the sulfur oxides emitted from various types of vessels passing through the many countries, the International Maritime Organization establishes the emission control areas and regulates sulfur dioxide in those areas. In order to satisfy these regional regulations, the fuel selection method and the exhaust gas post-treatment device are applied to the ships. Due to the economic reasons, the post-treatment method of exhaust gas for reducing the amount of sulfur oxides discharged is mainly preferred. The scrubber which is dominantly used in the ships are the spray type system where the sprayed liquid drops used for capturing the soluble sulfur dioxides in the exhaust gas. The performance of the spray type system depends on the size distribution of the sprayed droplets. In order to evaluate this performance, we designed counterflow type scrubber and cyclone scrubber and evaluated the desulfurization efficiency and the amount of droplet evaporation according to the size of each droplet by using computational fluid dynamics. The Eulerian-Eulerian analysis method was used because the scrubber had a gas-liquid two-phase flow inside the scrubber. When the diameter of the droplet was $100{\mu}m$, $300{\mu}m$, $500{\mu}m$ and $700{\mu}m$. As a result, both of scrubbers showed high desulfurization efficiency and low evaporation amount at $500{\mu}m$ and $700{\mu}m$.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.10
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pp.136-152
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2017
The thermodynamic models, PC-SAFT (Perturbed-Chain Statistical Associated Fluid Theory) state equation and the Two-model approach liquid activity coefficient model NRTL (Non Random Two Liquid) + Henry + Peng-Robinson, for modeling the Rectisol process using methanol aqueous solution as the $CO_2$ removal solvent were compared. In addition, to determine the new binary interaction parameters of the PC-SAFT state equations and the Henry's constant of the two-model approach, absorption equilibrium experiments between carbon dioxide and methanol at 273.25K and 262.35K were carried out and regression analysis was performed. The accuracy of the newly determined parameters was verified through the regression results of the experimental data. These model equations and validated parameters were used to model the carbon dioxide removal process. In the case of using the two-model approach, the methanol solvent flow rate required to remove 99.00% of $CO_2$ was estimated to be approximately 43.72% higher, the cooling water consumption in the distillation tower was 39.22% higher, and the steam consumption was 43.09% higher than that using PC-SAFT EOS. In conclusion, the Rectisol process operating under high pressure was designed to be larger than that using the PC-SAFT state equation when modeled using the liquid activity coefficient model equation with Henry's relation. For this reason, if the quantity of low-solubility gas components dissolved in a liquid at a constant temperature is proportional to the partial pressure of the gas phase, the carbon dioxide with high solubility in methanol does not predict the absorption characteristics between methanol and carbon dioxide.
In the undercooled melt of $Pd_{40}Cu_{30}Ni_{10}P_{20}$ alloy, the solidification behavior including nucleation and growth of crystals at the micrometer level has been observed in-situ by use of a confocal scanning laser microscope combined with an infrared image furnace. The $Pd_{40}Cu_{30}Ni_{10}P_{20}$ alloy specimens were cooled from the liquid state to glass transition temperature. 575 K, at various cooling late under a helium gas flow. According to the cooling rate, the morphologies of the solidification front are changed among various types, irregular jog like front, columnar dendritic front, cellular grain, star like shape jog and fine grain, etc. The velocities of the solid-liquid interface are measured to be $10^{-5}{\sim}10^{-8}$ m/s which are at least two orders higher than the theoretical crystal growth rates. Combining the morphologies observed in terms of cooling rates and their solidification behaviors, we conclude that phase separation takes place in the undercooled molten $Pd_{40}Cu_{30}Ni_{10}P_{20}$ alloy. The continuous cooling transformation (CCT) diagram was constructed from solidification onset time at various linear cooling conditions with different rate. The CCT diagram suggests that the critical cooling rate for glassy solidification is about 1.5 K/s, which is in agreement with the previous calorimetric findings.
The air injection nozzle tube was inserted inside of the tubular membrane module to reduce membrane fouling and improve the permeate flux. The average pore size of membrane was $0.1\;{\mu}m$ and the yeast was used as a foulant. All of permeate experiments were started without air injection for the module equipped with the nozzle tube, then carried out continuously with air injection. Finally, the nozzle tube was removed from the module and the permeate was measured without air injection. The measured permeate fluxes were compared to examine the effect of air injection. The fluxes for air injection were consistently maintained or increased. The fluxes of no-air injection with the nozzle tube were greater than those of the empty tubular module. As operating pressure decreased to 0.4 bar, the flux enhancement of air injection based on no-nozzle case increased to 21%. Flux enhancements of air injection were above 30% as the gas/liquid two-phase flow was changed from the stratified-smooth to the intermittent pattern due to increase of gas flowrate.
The worldwide focus on reducing the emissions, fuel and lubricant consumption in T-GDI engines is leading engineers to consider the crankcase ventilation and oil mist separation system as an important means of control. In today's passenger cars, the oil mist separation systems mainly use the inertia effect (e.g. labyrinth, cyclone etc.). Therefore, this study has investigated high efficiency cylinder head-integrated oil-mist separator by using a compact multi-impactor type oil mist separator system to ensure adequate oil mist separation performance. For this purpose, engine dynamometer testing with oil particle efficiency measurement equipment and 3D two-phase flow simulation have been performed for various engine operating conditions. Tests with an actual engine on a dynamometer showed oil aerosol particle size distributions varied depending on operating conditions. For instance, high rpm and load increases bot only blow-by gases but the amount of small size oil droplets. Submicron-sized particles (less than 0.5 ㎛) were also observed. It is also found that the impactor type separator is able to separate nearly no droplets of diameter lower than 3 ㎛. CFD results showed that the complex aerodynamics processes that lead to strong impingement and break-up can strip out large droplets and generate more small size droplets.
Swithenbank, J.;Nasserzadeh, V.;Ewan, B.C.R.;Delay, I.;Lawrence, D.;Jones, B.
Clean Technology
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v.2
no.2
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pp.100-125
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1996
After recycle of spent materials has been optimised, there remains a proportion of waste which must be dealt with in the most environmentally friendly manner available. For materials such as municipal waste, clinical waste, toxic waste and special wastes such as tyres, incineration is often the most appropriate technology. The study of incineration must take a process system approach covering the following aspects: ${\bullet}$ Collection and blending of waste, ${\bullet}$ The two stage combustion process, ${\bullet}$ Quenching, scrubbing and polishing of the flue gases, ${\bullet}$ Dispersion of the flue gases and disposal of any solid or liquid effluent. The design of furnaces for the burning of a bed of material is being hampered by lack of an accurate mathematical model of the process and some semi-empirical correlations have to be used at present. The prediction of the incinerator gas phase flow is in a more advanced stage of development using computational fluid dynamics (CFD) analysis, although further validation data is still required. Unfortunately, it is not possible to scale down many aspects of waste incineration and tests on full scale incinerators are essencial. Thanks to a close relationship between SUWIC and Sheffield Heat&Power Ltd., an extended research programme has been carried out ar the Bernard Road Incinerator plant in Sheffield. This plant consists of two Municipal(35 MW) and two Clinical (5MW) Waste Incinerators which provide district heating for a large part of city. The heat is distributed as hot water to commercial, domestic ( >5000 dwelling) and industrial buildings through 30km of 14" pipes plus a smaller pipe distribution system. To improve the economics, a 6 MW generator is now being added to the system.
The Korean nuclear industry developed the SPACE (Safety and Performance Analysis Code for nuclear power plants) code and this code adpots two-phase flows, two-fluid, three-field models which are comprised of gas, continuous liquid and droplet fields and has a capability to simulate three-dimensional model. According to the revised law by the Nuclear Safety and Security Commission (NSSC) in Korea, the multiple failure accidents that must be considered for accident management plan of nuclear power plant was determined based on the lessons learned from the Fukushima accident. Generally, to improve the reliability of the calculation results of a safety analysis code, verification work for separate and integral effect experiments is required. In this reason, the goal of this work is to verify calculation capability of SPACE code for multiple failure accident. For this purpose, it was selected the experiment which was conducted to simulate a Multiple Steam Generator Tube Rupture(MSGTR) accident with Passive Auxiliary Feedwater System(PAFS) operation by Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) and focused that the comparison between the experiment results and code calculation results to verify the performance of the SPACE code. The MSGR accident has a unique feature of the penetration of the barrier between the Reactor Coolant System (RCS) and the secondary system resulting from multiple failure of steam generator U-tubes. The PAFS is one of the advanced safety features with passive cooling system to replace a conventional active auxiliary feedwater system. This system is passively capable of condensing steam generated in steam generator and feeding the condensed water to the steam generator by gravity. As the results of overall system transient response using SPACE code showed similar trends with the experimental results such as the system pressure, mass flow rate, and collapsed water level in component. In conclusion, it could be concluded that the SPACE code has sufficient capability to simulate a MSGTR accident.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5B
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pp.575-589
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2008
In the present work, we investigate the hydrodynamic behavior of a turbulent bore, such as tsunami bore and tidal bore, generated by the removal of a gate with water impounded on one side. The bore generation system is similar to that used in a general dam-break problem. In order to the numerical simulation of the formation and propagation of a bore, we consider the incompressible flows of two immiscible fluids, liquid and gas, governed by the Navier-Stokes equations. The interface tracking between two fluids is achieved by the volume-of-fluid (VOF) technique and the M-type cubic interpolated propagation (MCIP) scheme is used to solve the Navier-Stokes equations. The MCIP method is a low diffusive and stable scheme and is generally extended the original one-dimensional CIP to higher dimensions, using a fractional step technique. Further, large eddy simulation (LES) closure scheme, a cost-effective approach to turbulence simulation, is used to predict the evolution of quantities associated with turbulence. In order to verify the applicability of the developed numerical model to the bore simulation, laboratory experiments are performed in a wave tank. Comparisons are made between the numerical results by the present model and the experimental data and good agreement is achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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