Water balance has a significant impact on the overall fuel cell system performance. 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.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.4
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pp.55-63
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2018
In recent years, with the growing interest in electric vehicles, the development of a Neighborhood Electronic Vehicle (NEV) made for urban driving is accelerating. Existing NEVs are set to ~0.3 - 0.35 with more emphasis on performance rather than minimizing air resistance. In this paper, a NEV with a streamlined car body is proposed. The shape of dolphins and sharks was applied to the car body to minimize the air resistance generated when driving. Also, the performance of the vehicle was estimated by calculating the traction force and the roll couple, etc. To check the drag coefficient of the car body, finite element analysis software (COMSOL Multiphysics) was used. The frame of the vehicle is divided into the forward and the rear parts. Carbon pipe is used for the frame by MIG welding. The car body of the vehicle was fabricated by forming carbon fiber. This study confirmed the general possibility of using NEVs through driving experiments.
A multi-dimensional component for the thermal-hydraulic system analysis code, MARS, was developed for a more realistic three-dimensional analysis of nuclear systems. A three-dimensional and two-fluid model for a two-phase flow in Cartesian and cylindrical coordinates was employed. The governing equations and physical constitutive relationships were extended from those of a one-dimensional version. The numerical solution method adopted a semi-implicit and finite-difference method based on a staggered-grid mesh and a donor-cell scheme. The relevant length scale was very coarse compared to commercial computational fluid dynamics tools. Thus a simple Prandtl's mixing length turbulence model was applied to interpret the turbulent induced momentum and energy diffusivity. Non drag interfacial forces were not considered as in the general nuclear system codes. Several conceptual cases with analytic solutions were chosen and analyzed to assess the fundamental terms. RPI air-water and UPTF 7 tests were simulated and compared to the experimental data. The simulation results for the RPI air-water two-phase flow experiment showed good agreement with the measured void fraction. The simulation results for the UPTF downcomer test 7 were compared to the experiment data and the results from other multi-dimensional system codes for the ECC delivery flow.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.8
no.1
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pp.120-139
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1996
Experiment was performed to study the heat transfer characteristics in 27 kinds of 15 : 1 scale models of multi-louverred fin heat exchangers with a wide range of variables(R $e_{Lp}$ =100~1, 800, $L_p$/F$p$=0.3~0.9, $\theta$=20$^{\circ}$~40$^{\circ}$). Thermofoil heaters were used to heat the louver fins and the local average Nusselt number for each louver in the louver array was obtained at constant wall temperature conditions. Correlations are developed to predict the heat transfer characteristics and drag coefficients. Generally, the heat transfer characteristics in the multi-louvered fins is shown to be similar to those of the laminar heat transfer on a flat plate. As the Reynolds number, the louver pitch to fin pitch ratio$L_p$/F$p$and the louver angle($\theta$) increase respectively, the average Nusselt number increases, but the variation of average Nusselt number as a function of the louver angle is smaller than that as a function of the louver pitch to fin pitch ratio. In case of$L_p$/F$p$ <0.5, the average Nusselt number of the 3rd louver is especially lower than the others, it is expected that it is due to the flow structure such as a recirculation flow and a flow separation.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.7
no.4
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pp.566-576
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1995
A Computational code has been developed in order to design axial fans by the numerical optimization techniques incorporated with flow analysis code solving three-dimensional Navier-Stokes equation. The steepest descent method and the conjugate gradient method are used to look for the search direction in the design space, and the golden section method is used for one-dimensional search. To solve the constrained optimization problem, sequential unconstrained minimization technique, SUMT, is used with imposed quadratic extended interior penalty functions. In the optimization of two-dimensional cascade design, the ratio of drag coefficient to lift coefficient is minimized by the design variables such as maximum thickness, maximum ordinate of camber and chord wise position of maximum ordinate. In the application of this numerical optimization technique to the design of an axial fan, the efficiency is maximized by the design variables related to the sweep angle distributed by quadratic function along the hub to tip of fan.
The riblet structure like shark skin has been widely studied owing to its drag reduction and anti-fouling properties. In this study we simulated the wettability of an oil droplet on a riblet surface. We developed a numerical analysis method using the Wenzel equation and Cassie-Baxter equation that can estimate the contact angle with a penetrated depth of the droplet on rough surfaces. Riblet surfaces with nine scales composed of five hemi-elliptical ribs are generated numerically. The variation of contact angles with fractional depth of penetration for the generated riblet surfaces with and without coatings is demonstrated in the condition of solid-air-oil and solid-water-oil interfaces. The contact angle for the uncoated surface decreases with increasing fractional depth of penetration more drastically than that for the coated surface. For the effect of surface roughness on the contact angle of the droplet, the oleophilic surface gives lower contact angle when the surface is rougher, whereas the oleoophobic surface gives higher contact angle with higher roughness To verify the analysis results, the wetting angle was measured in the solid-air-oil interface and solid-water-oil interface for the shark-skin template and shark-skin replica. The effects of teflon coating were also evaluated. It is shown that the simulation results cover the experimental ones.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.2
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pp.99-107
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2014
In this study, aerodynamic characteristics of Kline-Fogleman airfoils are numerically investigatied which has been widely used in remote control aircraft operating at low Reynolds numbers. The comparison of aerodynamic characteristics was conducted between NACA4415 and Kline-Fogleman airfoil based on NACA4415. ANSYS Fluent was employed with the incompressible assumption and $k-{\omega}$ SST turbulence model. It was found that lift coefficient was significantly enhanced in the range of Reynolds number from $3{\times}10^3$ to $3{\times}10^6$. Especially in the region of Reynolds number below $2.4{\times}10^5$, the lift-to-drag-ratio was improved by 26% using the Kline-Folgeman airfoil compared with NACA4415 airfoil.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.1
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pp.59-66
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2014
In the case of a propeller-driven aircraft, power-on effect generated by the propeller has a strong influence on the performance and the stability of an aircraft directly and indirectly. A numerical study on the power-on effect has been performed using the CFD based on the multiple reference frame and sliding mesh model. The power-on effect increases the overall lift and the maximum lift of the aircraft. In addition to lift increment, power-on effect delays the stall of the aircraft. On the other hand, the power-on effect increases the drag significantly and consequently decreases the lift-to-drag ratio of the aircraft. Furthermore, the power-on effect decreases the nose-down pitching moment and consequently decreases the longitudinal static stability of the aircraft. It is expected that the analysis results presented and discussed in this report will be used as an important material for analyzing the aircraft performance and stability and will contribute the development of the propeller-driven aircraft with the pusher propeller.
Ha, Jae-Sun;Ryu, Jae-Sung;Kim, Seong-Su;Cho, Sung-Hwan;Yoon, Seok-Mann;Eom, Jae-Sik
Proceedings of the SAREK Conference
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2009.06a
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pp.863-868
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2009
The drag reduction(DR) for Betaine+Amin and Xantan Gum as kinds of surfactant and Polyacrylamide as kinds of polymer solution according to the fluid velocity, temperature and surfactant concentration were compared experimentally. For this study, two kinds of experimental apparatus for short time and long time measurement were established. Each experimental appratus was equipped with hot water storage tanks, pumps, testing pipe network, flowmeter, two pressure gauges and data logging system was built for them. Results showed that Betaine+Amin and Xanthan Gum as kinds of surfactant had appeared optimal DR around 200-500 ppm and their DR tended to be decreased when flow velocity increased but Polyacrylamide as kinds of polymer solution showed the opposite trend to be increased when flow velocity increased. The both of them showed above 40% DR in the case of better condition by the short term measurement. But Polyacrylamide as kinds of polymer solution showed more degradation than Betaine+Amin and Xanthan Gum as kinds of surfactant by the long term measurement. As a result, Betaine+Amin and Xanthan Gum as kinds of surfactant showed better materials to use to the district heating system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.9
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pp.1077-1082
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2013
To improve cycling performance, the power output of the rider and the sources of resistance (e.g., air resistance, frame stiffness, and cycle mass) must be considered. From a mechanical viewpoint, we consider how the bike frame performance can be increased while decreasing the resistance. First, to improve the competitive ability of a racing track cycle, we should consider the stiffness of the bike frame including the pedal loading and aerodynamic effects when riding. Therefore, we obtained the cross-sectional area of each part of the bike frame and then aimed to minimize the drag force through an aerodynamic parametric study. In addition, the frame should remain safe under the loading applied by the rider. Under the guidelines of the UCI (union Cycliste Internationale) regulations, the bike frame has been evaluated under the proposed loading condition, and we developed a racing track cycle for elite cyclists.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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