International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.1
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pp.114-125
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2017
This paper addresses a study of inner-tank sloshing effect on motion responses of a Floating Liquefied Natural Gas (FLNG) system, through experimental analysis and numerical modeling. To investigate hydrodynamic characteristics of FLNG under the conditions of with and without LNG-tank sloshing, a series of numerical simulations were carried out using potential flow solver SESAM. To validate the numerical simulations, model tests on the FLNG system was conducted in both liquid and solid ballast conditions with 75% tank filling level in height. Good correlations were observed between the measured and predicted results, proving the feasibility of the numerical modeling technique. On the verified numerical model, Response Amplitude Operators (RAOs) of the FLNG with 25% and 50% tank filling levels were calculated in six degrees of freedom. The influence of tank sloshing with varying tank filling levels on the RAOs has been presented and analyzed. The results showed that LNG-tank sloshing has a noticeable impact on the roll motion response of the FLNG and a moderate tank filling level is less helpful in reducing the roll motion response.
The improvement of thermal-hydraulic analysis techniques is essential to ensure the safety and reliability of nuclear power plants. The one-dimensional two-fluid model has been adopted in state-of-the-art thermal-hydraulic system codes. Current constitutive equations used in the system codes reach a mature level. Some exceptions are the partition method of wall friction in the momentum equation of the two-fluid model and the interfacial drag force model for a horizontal two-phase flow. This study is focused on deriving the partition method of wall friction in the momentum equation of the two-fluid model and modeling the interfacial drag force model for a horizontal bubbly flow. The one-dimensional momentum equation in the two-fluid model is derived from the local momentum equation. The derived one-dimensional momentum equation demonstrates that total wall friction should be apportioned to gas and liquid phases based on the phasic volume fraction, which is the same as that used in the SPACE code. The constitutive equations for the interfacial drag force are also identified. Based on the assessments, the Rassame-Hibiki correlation, Hibiki-Ishii correlation, Ishii-Zuber correlation, and Rassame-Hibiki correlation are recommended for computing the distribution parameter, interfacial area concentration, drag coefficient, and relative velocity covariance of a horizontal bubbly flow, respectively.
Equilibrium data of the mixture is essential in the design and operation of separation equipment such as distillation or extraction in chemical processes. These equilibrium data can be obtained through experiments or by calculations using the known binary parameters and the thermodynamic models. Generally, to obtain these parameters, phase equilibrium experimental data such as gas-liquid and liquid-liquid are used. In this study, the excess enthalpy of the mixture was measured using the flow type microcalorimeter which is a simpler method than phase equilibria experiments, and the parameters of various theories were obtained by using this data. In order to investigate the relationship between carbon chain length, enthalpy and binary parameters in the alkane system, excess enthalpies for the n-hexane + alkane (n-pentane, n-heptane, n-octane and n-dodecane) were measured at 298.15 K and the banary interaction parameters of Wilson, NRTL, and UNIQUAC were obtained from the experimental data. In addition, we wanted to obtain basic information on the interaction and association phenomena of the system including electrolyte applicable to various fields by using the excess enthalpy experimental data and the existing theory. First, we investigated the excess enthalpy for the NaOH / Water / Ethanol system as a basic experiment and examined the applicability using the electrolyte-NRTL (eNRTL) theory.
In this study, Solid-phase micro-extraction (SPME) with Gas Chromatograph using Flame Ionization Detector (GC/FID) was studied as a possible alternative to liquid-liquid extraction for the analysis of Methyl tert-butyl ether (MTBE) and Tertiary-butyl ether (TBA) in water and an optimization condition of trace analysis of MTBE and TBA using the design of experiment (DOE) was described. The aim of our research was to apply experimental design methodology in the optimization condition of trace analysis of fuel oxygenated compounds in soil-phase microextraction with GC/FID. The reactions of SPME were mathematically described as a function of parameters of Temp ($X_1$), Volume ($X_2$), Time ($X_3$) and Salt ($X_4$) being modeled by the use of the partial factorial designs, which was used for fitting 2nd order response surface models and was alternative to central composite designs. The model predicted agreed with the experimentally observed result ($Y_1$(MTBE, $R^2$ = 0.96, $Y_2$ (TBA, $R^2$ = 0.98)). The estimated ridge of the expected maximum responses and optimal conditions for MTBE and TBA were 278.13 and (Temp ($X_1$) = $48.40^{\circ}C$, Volume ($X_2$) = 73.04 mL, Time ($X_3$) = 11.51 min and Salt ($X_4$) = 12,50 mg/L), and 127.89 and (Temp ($X_1$) = $52.12^{\circ}C$, Volume ($X_2$) = 88.88mL, Time ($X_3$) = 65.40 min and Salt ($X_4$) = 12,50 mg/L), respectively.
Water balance has a significant impact on the overall fuel cell performance. Maintenance of proper water management should provide an adequate membrane hydration and avoidance of water flooding in the catalyst layer and gas diffusion layer. Considering the important of advanced water management in PEM fuel cell, this study proposes a simple one dimensional water transportation model of PEM fuel cell for use in a dynamic condition. The model has been created by assumption that the output is the water liquid saturation difference. The liquid saturation change is the total difference between the additional water and the removal water on the system. The water addition is obtained from fuel cell reaction and the electro osmotic drag. The water removal is obtained from capillary transport and evaporation process. The result shows that the capillary water transport of low temperature fuel cell is high because the evaporation rate is low.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.11a
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pp.139-145
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2006
LRE(Liquid propellant Rocket Engine) is one of the important parts to control the trajectory and dynamics of rocket. The purpose of control of LRE is to control the thrust according to requiredthrust profile and control the mixture ratio of propellants fed into gas generator and combustor for constant mixture ratio. It is not easy to control thrust and mixture ratio of propellants since there are co-interferences among the components of LRE. In this study, the dynamic model of LRE was constructed and the dynamic characteristics were analyzed with control system as PID control and PID+Q-ILC(Iterative Learning Control with Quadratic Criterion) control. From the analysis, it could be observed that PID+Q-ILC control logic is more useful than standard PID control system for control of LRE.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.1
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pp.1-7
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2016
A Urea-SCR(Selective Catalytic Reactor) system, which converts nitrogen oxides into nitrogen and water in the presence of a reducing agent, creates a major exhaust gas aftertreatment system for NOx reduction among other compounds. With regard to vehicle applications, a urea solution was chosen based on its eutectic composition of a 32.5wt% urea-water solution. An important advantage of this eutectic composition is that its melting point of $-11.7^{\circ}C$ is sufficiently low to avoid solidification in cold environments. However, the storage tanks must be heated separately in case of low ambient temperature levels to ensure a sufficient amount of liquid is available during scheduled start ups. In this study, therefore, a numerical investigation of three-dimensional unsteady heating problems analyzed to understand the melting processes and heat transfer characteristics including liquid volume fraction, temperature distributions, and temperature profiles. The investigations were performed using Fluent 6.3 commercial software that modeled coolant and electric heater models based on a urea solution. It is shown that the melting performance with the electric heater is higher than a coolant heater and is more efficient.
In this study, butane 100% was used as fuel to verify the real fuel effect such as vapor pressure variation due to temperature change. A MPI fuel injection system for V-6 engine, which has reverse 'L' type cross section to minimize the possibility of liquid phase injection, was composed and one bank was operated under sequential injection scheme. Flow rate were measured according to injection duration, interval, and pressure. Also occurring of liquid phase injection was monitored with varying vaporizer and fuel rail temperature. The result shows that basic characteristics of injection is a relatively difference between air and LPG injection. Under cold start condition, however, the occurrence of liquid injection becomes more severe as the pressure increases, and sufficiently high temperature both in vaporizer and fuel rail is very important to insure gaseous injection. In addition, the temperature of vaporizer plays more important role in keeping LPG vapor state and the reverse 'L' type cross section of the rail is available to prevent liquid injection.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.1
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pp.71-78
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2015
The reliable sloshing assessment methods for LNG CCS(cargo containment system) are important to satisfy the structural strength of the systems. Multiphase fluid flow of LNG and Gas Compressibility may have a large effect on excited pressures and structural response. Impinging jet model has been introduced to simulate the impact of the LNG sloshing and analyze structural response of LNG CCS as a practical FSI(fluid structure interaction) method. The practical method based on fluid structure interaction analysis is employed in order to evaluate the structural strength in actual scale for Mark III CCS. The numerical model is based on an Euler model that employs the CVFEM(control volume based finite element method). It includes the particle motion of gas to simulate not only the interphase interaction between LNG liquid and gas and the impact load on the LNG insulation box. The analysis results by proposed method are evaluated and discussed for an effectiveness of FSI analysis method.
The purpose of this analytic study is to design and examine an efficient hydrogen liquefaction cycle by using a pre-cooler. The liquefaction cycle is primarily comprised of a pre-cooler and a refrigerator. The fed hydrogen gas is cooled down from ambient temperature (300 K) to the pre-cooling coolant temperature (either 77 K or 120 K approximately) through the pre-cooler. There are two pre-cooling methods: a single pre-coolant pre-cooler and a cascade pre-cooler which uses two levels of pre-coolants. After heat exchanging with the pre-cooler, the hydrogen gas is further cooled and finally liquefied through the refrigerator. The working fluids of the potential pre-cooling cycle are selected as liquid nitrogen and liquefied natural gas. A commercial software Aspen HYSYS is utilized to perform the numerical simulation of the proposed liquefaction cycle. Efficiency is compared with respect to the various conditions of the heat exchanging part of the pre-cooler. The analysis results show that the cascade method is more efficient, and the heat exchanging part of the pre-coolers should have specific UA ratios to maximize both spatial and energy efficiencies. This paper presents the quantitative performance of the pre-cooler in the hydrogen liquefaction cycle in detail, which shall be useful for designing an energy-efficient liquefaction system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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