CFD analysis including optimization process was conducted to design shell and tube CO2 methanation reactor cooling system. The high-pressure saturated water flowed into the cooling system and was evaporated by heat flux from reacting tubes. The optimization process decided the gap between tubes and reactor diameter to satisfy objective functions related to temperature. The results showed that the gap and diameter reduced about 30% and 3.6% respectively. Averaged surface temperature satisfied the target value and the min-max deviation was minimized.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.12
no.2
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pp.101-109
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2002
A complex chemical equilibrium analysis was performed to study the hot-wall CVD process of the SiC/C functionally gradient materials (FGM). Thermochemical calculations of the Si-C-H-Cl system were carried out, and the effects of process variables(deposition temperature, reactor pressure, C/[Si+C] and H/[Si+C] ratios in the source gas) on the composition of deposited layers and the deposition yield were investigated. The CVD phase diagrams of the SiC/C FGM deposition were obtained, and the optimum process windows were estimated from the results.
Hydrogen as an environmentally friendly energy carrier has received special attention to solving uncertainty about the presence of renewable energy and its dependence on time and weather conditions. This material can be prepared from different sources and in various ways. In previous studies, fossil fuels have been used in hydrogen production, but due to several limitations, especially the limitation of the access to this material in the not-too-distant future and the great problem of greenhouse gas emissions during hydrogen production methods. New methods based on renewable and green energy sources as energy drivers of hydrogen production have been considered. In these methods, water or biomass materials are used as the raw material for hydrogen production. In this article, after a brief review of different hydrogen production methods concerning the required raw material, these methods are examined and ranked from different aspects of economic, social, environmental, and energy and exergy analysis sustainability. In the following, the current position of hydrogen production is discussed. Finally, according to the introduced methods, their advantages, and disadvantages, solar electrolysis as a method of hydrogen production on a small scale and hydrogen production by thermochemical method on a large scale are introduced as the preferred methods.
In this study, the torrefaction of food waste was conducted to characterize its product, to find out effect of the operating temperature and to assess the feasibility of being used as fuel. The operating temperature was varid from $180^{\circ}C{\sim}270^{\circ}C$ and heat was provided by using nitrogen gas or waste oil heat carrier. The solid yield and moisture content were reduced were reduced as temperature increased. The moisture content reduction and thermochemical conversion were observed at higher than $240^{\circ}C$. At low operating temperature, heat transfer efficiency was higher with wast oil heat carrier. As temperature increases, there was not difference in heat transfer efficiency of two different heating methods. The lower heating value product was increased from 660 to 6,400 Kcal/kg with nitrogen gas and 6,890 Kcal/kg with waste oil heat carrier. The elemental analysis indicates that, as temperature increases, the carbon content of product increases and oxygen content decreases. From the analysis of O/C and H/C, the torrefaction product was close to low grade coal. The characteristics of fuel converted from the food subsequent thermochemical treatment.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.200.2-200.2
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2016
Carbon-based materials have been known as ablative material and have been used for thermal protection systems. Ablation is an erosive phenomenon that results in thermochemical and thermomechanical changes on materials. Ablation resistance is one of the key properties that determines performance and life-time of the thermal protection material under ablative conditions. In this study, ablation properties of graphite, 3-dimensional (C/C) composites (needle-punched type and rod type) were investigated byusing a plasma wind tunnel which produce a supersonic plasma flow from a segmented arc heater with the power level of 0.4 MW. The mass losses and surface roughness changes which contain main result of the ablation are measured. A morphological analysis ofthe carbon-based materials, before and after the ablation test, are performed through field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and non-contact 3D surface measuring system. Electronic balance and a portable surface roughness tester were used for evaluation of the recession and mass loss of the test samples.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.35-38
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2005
The computational fluid dynamic analysis has been conducted for the thermo-chemical flow field in an arcjet thruster with mono-propellant hydrazine ($N_{2}H_4$) as a working fluid. Coupled Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and Maxwell equations were used to account for the Ohm heating and Lorentz forces. Hydrazine chemistry and thermal radiation were also incorporated to the fluid dynamic equations by assuming infinitely-fast reactions and optically thick media. In addition to the thermo-physical understandings of the flow field inside the arcjet thruster, results shows that performance indices are improved by amount of $20\%$ in thrust and $200\%$ in specific impulse with the 0.6kW are heating.
Porosity in polymer matrix composites increases rapidly during thermochemical decomposition at high temperatures. The generation of pores reduces elastic moduli and failure strengths of composite materials, and gas pressures in internal pores influence thermomechanical behaviors. In this paper, micromechanical finite element analysis is carried out by using two-dimensional representative volume elements for unidirectionally fiber-reinforced composites with porous matrix. According to the state of the pores, effective elastic moduli, poroelastic parameters and failure strengths of the overall composites are investigated in detail. In particular, it is confirmed that the failure strengths in the transvers and through-thickness directions are predicted much more weakly than the strength of nonpored matrix, and decrease consistently as the porosity of matrix increases.
To develope chemical heat pump using available energy sources, solar heat and other kinds of waste thermal energy, we have studied the heat transfer rate in cylindrical bed reactor packed with calcined Dolomite. Two dimensional (radial and circumferential) Partial differential equations, concerning heat and mass transfer in packed bed of calcined Dolomite, are solved numerically to describe the characteristics of the reaction of calcined Dolomite and heat transfer. The results obtained by numerical analysis about two dimensional profiles of temperature and conversion of reactant in the packed bed reactor and the amount of exothermic heat released from the reactor are follows. It was found that all of calcined Dolomite packed bed kept the reaction temperature of about 750K throughout the entire part of the bed, immediately after the steam was introduced exothermic reaction of hydration was proceeded from the packed bed inpu to output and from wall side to center. The rate of thermochemical reaction depends on the temperature and concentration and it is also governed by the boundary conditions and heat transfer rate in the particle packed bed.
To develop chemical heat pump of higher energy density and efficiency heat-release characteristics accompanied by exothermic hydration reaction in packed bed, $Ca(OH)_2/CaO$ reactor, are examined in a lab-scale unit. We have studied the enhancement effect of inserted fins in cylindical packed bed reactor. The results obtained by numerical analysis about profiles of temperature, completion time of reaction and exothermic heat amount released from the reactor read the insertion of fins in reactor can reduce the reaction completion time by half and the rate of thermochemical reaction depends on the temperature and concentration, and it is also governed by the boundary conditions and the rate of heat transfer in the particle packed bed.
In this study, we proposed a newly designed sulfuric acid transfer system for the sulfur-iodine (SI) thermochemical cycle. The proposed sulfuric acid transfer system was evaluated using a computational fluid dynamics (CFD) analysis for investigating thermodynamic/hydrodynamic characteristics and material properties. This analysis was conducted to obtain reliable continuous operation parameters; in particular, a thermal analysis was performed on the bellows box and bellows at amplitudes and various frequencies (0.1, 0.5, and 1.0 Hz). However, the high temperatures and strongly corrosive operating conditions of the current sulfuric acid system present challenges with respect to the structural materials of the transfer system. To resolve this issue, we designed a novel transfer system using polytetrafluoroethylene (PTFE, $Teflon^{(R)}$) as a bellows material for the transfer of sulfuric acid. We also carried out a CFD analysis of the design. The CFD results indicated that the maximum applicable temperature of PTFE is about 533 K ($260^{\circ}C$), even though its melting point is around 600 K. This result implies that the PTFE is a potential material for the sulfuric acid transfer system. The CFD simulations also confirmed that the sulfuric acid transfer system was designed properly for this particular investigation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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