International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권3호
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pp.478-491
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2013
Natural vibration analysis of plates with openings of different shape represents an important issue in naval architecture and ocean engineering applications. In this paper, a procedure for vibration analysis of plates with openings and arbitrary edge constraints is presented. It is based on the assumed mode method, where natural frequencies and modes are determined by solving an eigenvalue problem of a multi-degree-of-freedom system matrix equation derived by using Lagrange's equations of motion. The presented solution represents an extension of a procedure for natural vibration analysis of rectangular plates without openings, which has been recently presented in the literature. The effect of an opening is taken into account in an intuitive way, i.e. by subtracting its energy from the total plate energy without opening. Illustrative numerical examples include dynamic analysis of rectangular plates with rectangular, elliptic, circular as well as oval openings with various plate thicknesses and different combinations of boundary conditions. The results are compared with those obtained by the finite element method (FEM) as well as those available in the relevant literature, and very good agreement is achieved.
The advantages of using natural circulation (NC) as a cooling system, has prompted the worldwide development to investigate this phenomenon more than before. The interesting application of the NC in low power experimental facilities and research reactors, highlights the obligation of study in these laminar flows. The inherent oscillations of NC between hot source and cold sink in low Grashof numbers necessitates stability analysis of cooling flow with experimental or numerical schemes. For this type of analysis, numerical methods could be implemented to desired mass, momentum and energy equations as an efficient instrument for predicting the behavior of the flow field. In this work, using the explicit, implicit and Crank-Nicolson methods, the fluid flow parameters in a natural circulation experimental test loop are obtained and the sensitivity of solving approaches are discussed. In this way, at first, the steady state and transient results from explicit are obtained and compared with experimental data. The implicit and crank-Nicolson scheme is investigated in next steps and in subsequent this research is focused on the numerical aspects of instability prediction for these schemes. In the following, the assessment of the flow behavior with coarse and fine mesh sizes and time-steps has been reported and the numerical schemes convergence are compared. For more detail research, the natural circulation of fluid was modeled by ANSYS-CFX software and results for the experimental loop are shown. Finally, the stability map for rectangular closed loop was obtained with employing the Nyquist criterion.
This work is for the design study of natural gas reformer (40 $m^3/hr$ over). We used experimental kinetic data from literature. After that, we set up theoretical model based on experimental reaction kinetic data. The shape of reactor is 1.7 m long and 200 mm dia. with cylinder geometry. Volume of reactor is 53.4 liter. Average flow velocity of gases in the reactor has been determined 0.272 m/sec and residence time is 9.26 sec. Reaction temperature is $850^{\circ}C$, with pressure 9.3 Bar. Used natural gas volume is about 9.21 $m^3/hr$. Produced hydrogen is 43.7 $m^3/hr$ with no change of pressure. Unreacted natural gas is 0.09 $m^3/hr$ and the amount of steam is 26.9 $m^3/hr$. Steam to $CH_4$ (s/c ratio) is 2.91. Reforming reaction take place from the reactor entrance to 120 cm region of cylinder type reactor. After the entrance of reacting gases to 120 cm region, the reaction reaches equilibrium which is close to products. This study can be applicable to design various reactors. Output data is in good agreements with the data in literatures1).
Environmentally friendly biocomposites were made using plant-based natural fibers, such as henequen and kenaf. The natural fiber reinforced polypropylene (PP) and unsaturated polyester (UP) biocomposites were examined in terms of the reinforcing effect of natural fibers on thermoplastic and thermosetting polymers. Kenaf (KE) and henequen (HQ) fibers were treated with an electron beam (EB) of 10 and 200 kGy doses, respectively, or with a 5 wt% NaOH solution. Four types of biocomposites (KE/PP, HQ/PP, KE/UP and HQ/UP) were fabricated by compression molding and each biocomposite was characterized by dynamic mechanical analysis and thermogravimetric analysis. The kenaf fiber had the larger reinforcing effect on the dynamic mechanical properties of both PP and UP biocomposites than the henequen fiber. The highest storage modulus was obtained from the biocomposite with the combination of UP matrix and 200 kGy EB treated kenaf fibers.
Sorption of phenanthrene (PHE) and pyrene (PYR) in several sorbents, i.e., natural soil, BionSoil®, Pahokee peat, vermicompost and Devonian Ohio Shale and a surfactant (hexadecyltrimethyl ammonium chloride)-modified montmorillonite (HDTMA-M) were investigated. Pyrene exhibited higher sorption tendency than phenanthrene, as predicted by its higher octanol to water partition coefficient (Kow). Several sorption models: linear, Freundlich, solubility-normalized Freundlich model, and Polanyi-Manes model (PMM) were used to analyze sorption isotherms. Linear isotherms were observed for natural soil, BionSoil®, Pahokee peat, vermicompost, while nonlinear Freundlich isotherms fitted for Ohio shale and HDTMA-M. The relationship between sorption model parameters, organic carbon content (foc), and elemental C/N ratio was studied. In the binary competitive sorption of phenanthrene and pyrene in natural soil, competition between the solutes caused reduction in the sorption of each solute compared with that in the single-solute system. The ideal adsorbed solution theory (IAST) coupled with the single-solute Freundlich model was not successful in describing the binary competitive sorption equilibria. This was due to the inherent nature of linear sorption of phenanthrene and pyrene in natural soil. The result indicates that the applicability of IAST for the prediction of binary competitive sorption is limited when the sorption isotherms are inherently linear.
Lee, Dong Hun;Park, Ik Kyu;Yoon, Han Young;Ha, Kwang Soon;Jeong, Jae Jun
에너지공학
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제22권1호
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pp.8-16
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2013
A core catcher is considered as a promising engineered system to stabilize the molten corium in the containment during a postulated severe accident in a nuclear power plant. Conceptually, the core catcher consists of a carbon steel body, sacrificial material, protection material, and engineered cooling channel. The cooling capacity of the engineered cooling channel should be guaranteed to remove the decay heat of the molten corium. The flow in ex-vessel core catcher is a combined problem of a two-phase flow in the engineered cooling channel and a single-phase natural circulation in the whole core catcher system. In this study, the analysis of the test facility for the core catcher using the CUPID code, which is a three-dimensional thermal-hydraulic code for the simulation of two-phase flows, was carried out to evaluate its cooling capacity.
Energy and environmental concerns accelerate the interest in passive solar heating in buildings, which utilizes solar energy through natural heat transfer. Moreover concerns about environmentally friendly materials were also increased. This study aims to evaluate the thermal performance of a Trombe wall built with earth. The thermal performance of the Trombe walls was analysed with results from computer simulations with TRNSYS 15. The thermal performance of the three types of Trombe wall was compared.: concrete. rammed earth. adobe. It was found that Trombe wall with the thermal storage wall of earth performed better than that of concrete. Rammed earth and adobe Trombe walls gained 4.7% and 12.8% more solar energy. respectively. than the concrete Trombe wall. In earth-applied Trombe walls. the energy gain by natural convection released from the airspace was about 75% of the total solar gains. that took 15% more than concrete Trombe wall. Rammed earth and adobe Trombe walls seem to be more suitable for buildings that use mostly in daytime. such as school, office and so on.
As the energy consumed in building area has occupied a lot when looking into energy usage weights in area over the world, energy reduction building, eco-friendly architecture comes to the fore in the modern architecture. Discussions on the eco-friendly architecture have various concept definitions and targets to be achieved.The architectural works of Norman Foster are expressed as high-tech buildings using iron, glass, etc. in appearance, but they appear as those buildings with low energy load by analyzing environmental conditions from initial design stage that each building has, utilizing natural energy with design of outer shell and applying proper technical system. Thus, this study aims at providing basic data of outer shell planning through eco-friendly element technologies by considering pattern and outer shell design of buildings, principles of eco-friendly building plan as an eco-friendly building planning technique of Norman Foster as an example of plans to utilize building pattern, outer shell design and natural environments, in order to utilize passive measures as much as possible to increase energy saving methods and increase comfort by analyzing element technologies in the eco-friendly architecture in line with the modern flow.
Gas hydrate is formed by physical binding between water molecule and gas such as methane, ethane, propane, or carbon dioxide, etc., which is captured in the cavities of water molecule under the specific temperature and pressure. $1\;m^3$ hydrate of pure methane can be decomposed to the methane gas of $172\;m^3$ and water of $0.8\;m^3$ at standard condition. If this characteristic of hydrate is reversely utilized, natural gas is fixed into water in the form of hydrate solid. Therefore, the hydrate is considered to be a great way to transport and store of natural gas in large quantity. Especially the transportation cost is known to be 18~25% less than the liquefied transportation. However, when methane gas hydrate is artificially formed, its reaction time may be too long and the gas consumption in water becomes relatively low, because the reaction rate between water and gas is low. Therefore, for the practical purpose in the application, the present investigation focuses on the rapid production of hydrates and the increment of the amount of captured gas by adding zeolite into pure water. The results show that when the zeolite of 0.01 wt% was added to distilled water, the amount of captured gas during the formation of methane hydrate was about 4.5 times higher than that in distilled water, and the methane hydrate formation time decreased at the same subcooling temperature.
가장 깨끗한 화석연료 가운데 하나인 천연가스는 장거리 수송 시 부피를 줄이기 위해 액화된다. 그 중 소형 해양 천연가스 액화 플랜트는 면적이 작기 때문에 안전문제가 크게 대두된다. 하지만, 기존에 쓰이는 DMR (Dual Mixed Refrigerants) 공정은 가연성 냉매를 사용함으로써 화재의 위험이 있으며, N2 Expander 공정은 안전하지만 압축 에너지 효율이 낮다는 문제점이 있다. 따라서 안전하면서도 압축 에너지 효율 또한 높은 공정의 개발이 지속적으로 요구되는 상황이다. 본 연구에서는 DMR 공정에 비가연성 냉매인 Hydrofluorocarbon을 사용하여 안전성을 높임으로써 기존 공정들에 대한 대안을 제시하였다. 그 결과, 화재위험이 있는 DMR 공정보다 34.8% 낮은 압축에너지 효율을 보였으나, Single N2 Expander 공정보다 42.6% 향상된 압축 에너지 효율을 나타내었다. 결론적으로 이 연구에서는 안전하면서도 높은 에너지 효율을 내는 소형 해양 천연가스 액화 플랜트 공정을 설계하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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