The characteristics of the breakup process in supercritical spray is investigated during the injection of supercritical sulfur hexafluoride into dissimilar gases at supercritical pressures and subcritical temperature of the injected fluid. The visualization techniques used are backlighting and shadowgraph methods. The spray angles are measured and the breakup and mixing process are observed at near and supercritical conditions. The results show that spray angles are decreased with the in..ease of the ratio of density $(\frac{\rho_f}{\rho_g})$. At the supercritical temperature, the spray angles in atomization region are kept nearly constant such as the typical spray angle in gas injection. The mixing process is changed radically at the temperature where $\frac{d\rho}{dT}=\frac{1}{2}[\frac{d\rho}{dT}]_{max}$ at given pressure.
The purpose of the present study is to investigate the method decreasing debinding time as well as lowering operation condition than pure supercritical $CO_2$ debinding by using cosolvent or binary mixture of propane + $CO_2$. First method is to add cosolvent, such as n-hexane, DCM, methanol, 1-butanol, in supercritical $CO_2$. In case of adding cosolvent, we were found the addition of non-polar cosolvent (n-hexane) improves dramatically the binder removal rate (more than 2 times) compared with pure supercritical $CO_2$ debinding, second method is to use mixture of supercritical propane + $CO_2$, as solvent. In case of using mixture of supercritical propane + $CO_2$, the rate of debinding speeded up with increasing of pressure and concentration of propane at 348.15 K. It was found that addition of cosolvent (e.g., n-hexane, DCM) and binary mixture propane + $CO_2$ for supercritical solvent remarkably improved binder removal rate for the paraffin wax-based binder system, in comparison with using pure supercritical $CO_2$.
We have carried out laboratory measurements of P-wave velocity and deformation strain during $CO_2$ injection into a porous sandstone sample, in dry and water-saturated conditions. The rock sample was cylindrical, with the axis normal to the bedding plane, and fluid injection was performed from one end. Using a piezoelectric transducer array system, we mapped fluid movement during injection of distilled water into dry sandstone, and of gaseous, liquid, and supercritical $CO_2$ into a water-saturated sample. The velocity changes caused by water injection ranged from $5.61\;to\;7.52\%$. The velocity changes caused by $CO_2$ injection are typically about $-6\%$, and about $-10\%$ for injection of supercritical $CO_2$, Such changes in velocity show that the seismic method may be useful in mapping $CO_2$ movement in the subsurface. Strain normal to the bedding plane was greater than strain parallel to the bedding plane during $CO_2$ injection; injection of supercritical $CO_2$ showed a particularly strong effect. Strain changes suggest the possibility of monitoring rock mass deformation by using borehole tiltmeters at geological sequestration sites. We also found differences associated with $CO_2$ phases in velocity and strain changes during injection.
Kim, Hyung Soo;Byun, Jong Min;Suk, Myung Jin;Kim, Young Do
Journal of Powder Materials
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v.21
no.6
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pp.407-414
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2014
The powder injection molding process having advantages in manufacturing three-dimensional precision parts essentially requires a debinding process before sintering to remove the binders used for preparing feedstock. In this study, powder injection molding of translucent alumina was performed, and carbon dioxide ($CO_2$) is used as a supercritical fluid that makes it possible to remove a large amount of binder, which is paraffin wax. The relationship between the optical property of translucent alumina and the debinding condition (temperature and pressure) of supercritical $CO_2$ was investigated. As temperature and pressure increased, extraction rate of the binder showed rising tendency and average grain size after sintering process was relatively fine. On the other hand, optical transmittance was reduced. As a result, the debinding condition at $50^{\circ}C$ and 20 MPa that represents the lowest extraction rate, $8.19{\times}10^{-3}m^2/sec$, corresponds to the largest grain size of $14.7{\mu}m$ and the highest optical transmittance of 45.2%.
Kim, Hyung-Kun;Yim, Joon-Hyuk;Kim, Hyung-Soo;Lim, Jong-Sung
Clean Technology
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v.18
no.2
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pp.155-161
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2012
The purpose of this study is to remove paraffin wax binder effectively from powder injection molded part using supercritical fluids in powder injection molding process. For a thin powder injection molded part about 1-2 mm thickness, paraffin wax binder can be removed rapidly without any defect by traditional supercritical extraction process which has fixed high temperature and pressure condition. But, for a thick powder injection molded part, there are limitations in removing paraffin wax binder by the fixed high process condition because crack occurs at the beginning step. Therefore, here we studied variable condition debinding process that starts with mild process condition at the beginning step and then increase the process conditions simultaneously at each step. To find out the initial process condition that has the highest extraction yield without any defect for each sample thickness, we investigated various supercritical debinding conditions using 1-4 mm thickness ceramic injection molded sample. By using the variable condition debinding process that starts with the initial process condition at the first step and then increasing process conditions simultaneously at each step (temperature from 333.15 to 343.15 K, pressure from 12 to 27 MPa, and $CO_2$ flow rate from 1.5 to 10 L/min), over 95% of paraffin wax binder was removed from the 4 mm thick (10 mm diameter) ceramic injection molded disk samples within 5 hours.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.597-600
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2010
Cold flow injection test was conducted to investigate the characteristics of cryogenic liquid nitrogen jet at sub to supercritical condition. Single jet injector element was installed in high pressure chamber to investigate the effect of ambient pressure around the jet, injector geometry and flow conditions. Experimental results showed obvious differences between jet characteristics under subcritical and supercritical condition. Effect of injector inlet shape also was investigated.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.320-329
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2008
The influence of thermodynamic transition associated with transcritical nitrogen injection upon the flow structure was investigated to explore numerical simulation of the injectant dynamics of oxygen/hydrogen coaxial jet in liquid rocket engines. Single and coaxial nitrogen jets were treated by comparing the transcritical and perfect-gaseous conditions, wherein the numerical model was accommodative to the real-fluid thermodynamics and transport properties at supercritical pressures. The model was in the first place validated by comparing the results of transcritical nitrogen injection between calculations and available experiments. For a single jet under the transcritical condition, the nitrogen kept a relatively high density up to its pseudo-critical temperature inside the mixing layer, since it remains less expanding until heated up to its pseudo-critical temperature. Numerical analysis revealed that cryogenic jets exhibit strong dependence of specific enthalpy profile upon the associated density profile that are both dominated by turbulent thermal diffusion. In the numerical model, therefore, exact evaluation of turbulent heat fluxes becomes very important for simulating turbulent cryogenic jets under supercritical pressures. Concerning the coaxial jets due to transcritical/gaseous nitrogen injections, the density profile inside the mixing layer was again affected by the thermodynamic transition of nitrogen. However, hydrodynamic instability modes of the inner jet did not show significant differences by this thermodynamic transition, so that further study is needed for the mixing process downstream of the near injection position.
The conventional debinding process in metal injection molding is very long time-consuming and unfriendly environmental method. Especially, in such a case of injection molded parts from hard and fine metal powder, such as WC-Co, an extremely long period of time is necessary in the conventional slow binder removal process. On the other hand, supercritical debinding is thought to be the effective method which is appropriate to eliminate the aforementioned inconvenience in the prior art. The supercritical fluid has high diffusivity and density, it can penetrate quickly into the inside of the green metal bodies, and extract the binder. In this paper, super-critical debinding is compared with wicking debinding process. Wax-based binder system is used in this study. The binder removal rate in supercritical $CO_2$ have been measured at $65^{\circ}C$, 75$^{\circ}C$ in the pressure range from 20 MPa to 28 MPa. Pores and cracks in silver bodies after sintering were observed using SEM When the super-critical $CO_2$ debinding was carried out at 75$^{\circ}C$, almost all the wax (about 70 wt% of binder) was removed in 2 hours under 28 MPa and 2.5 hours under 25 MPa.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.5
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pp.32-39
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2018
Supercritical injection behavior of liquid hydrocarbon compounds, which are used as main components of propellant fuel, was analyzed. Decane and Methylcyclohexane (MCH) with different critical points were selected as experimental fluid and Shadowgraphy technique was used. Decane and MCH behave differently in the initial state under the subcritical condition. However, near the critical point, the enthalpy of evaporation became close to 0, so that phase change into supercritical fluid occurred, not vaporization process, and no breakup of both fluids occurred.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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