International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.5
no.1
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pp.10-17
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2012
The objective of this study was to investigate the oxygen transfer characteristics of an ejector aeration system. In order to evaluate the oxygen transfer performance of the ejector aeration system, a comparative experiment was conducted on a conventional blower aeration system. The effect of entrained air flow rate and aerating water temperature on the oxygen transfer efficiency was investigated. The dissolved oxygen concentration increased with increasing entrained air flow rate, but decreased with increasing aerating water temperature for two aeration systems. The volumetric mass transfer coefficient increased with increasing entrained air flow rate and with increasing aerating water temperature for both aeration systems. The average mass transfer coefficient for the ejector aeration system was about 20% and 42% higher than that of the blower aeration system within the experimental range of entrained air flow rates and aerating water temperatures.
Understanding the slag flow behavior is important in an entrained coal gasifier for its influence of ash discharge and wall heat transfer rate. This study presents a new model to predict the transient behavior of the liquid and solid slag layers. Unlike the previous steady-state model, the solid slag layer was included in solving the governing equations in order to identify the temporal and spatial transformation between the solid-liquid slag, rather than treating the solid region as a boundary condition of the liquid layer. The performance of the new model was evaluated for changes in the slag deposition rate (${\pm}10%$) and gas temperature (${\pm}50K$) in a simple cylindrical gasifier. The results show that the characteristic times to reach a new steady-state ranged between 80 s to 180s for the changes in the two parameters. Because the characteristic times of the gasifier temperature and slag deposition rate by changes in the coal type and/or operating conditions would be almost instantaneous, the time-scale for the slag thickness at the bottom of the gasifier to stabilize was much larger.
Ye, Insoo;Park, Sangbin;Ryu, Changkook;Park, Hoyoung;Kim, Bongkeun
한국연소학회:학술대회논문집
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2012.04a
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pp.37-40
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2012
In an entrained flow coal gasifier, predicting the reaction behavior of pulverized coal particles requires detailed information on devolatilization, char gasification, gaseous reactions, turbulence and heat transfer. Among the input parameters, the rate of devolatilization and the composition of volatile species are difficult to determine by experiments due to a high pressure (~40 bar) and temperature (${\sim}1500^{\circ}C$). This study investigates the effect of devolatilization models on the reaction and heat transfer characteristics of a 300 MWe Shell coal gasifier. A simplified devolatilization model and advanced model based on Flashchain were evaluated, which had different volatiles composition and devolatilization rates. It was found that the tested models produce similar flow and reaction trends, but the simplified model slightly over-predict the temperature and wall heat flux near the coal inlets.
When heat generated inside a large factory building is not discharged due to a stagnant flow, the working environment of workers becomes worse and the cooling of high-temperature products such as hot-rolling coils is delayed. To investigate the natural ventilation inside a large factory building, experimental studies were carried out using wind-tunnel tests. The scale-down factory building models were placed in an atmospheric boundary layer (ABL) and the mean and fluctuating velocity fields were measured using a particle image velocimetry (PIV) technique. For the prototype factory model, the outdoor air is only entrained into the factory building through the one-third open windward wall, and stagnant flow is formed in the rear part of the target area. In order to improve the indoor ventilation environment of the factory building, three different louver-type ventilators were attached at the upper one-third open windward wall of the factory model. Among the three louver ventilators tested in this study, the ventilator model #3 with the outer louver (${\theta}_o$ = 90$^{\circ}$) and the inner louver (${\theta}_i$ = -70$^{\circ}$) was found to improve the natural ventilation inside the factory building model effectively. The flow rate of the entrained air was increased with aligning the outer louver blades with the oncoming wind and guiding the entrained air down to the ground surface with elongated inner louver blades.
Commercial coal gasifiers typically use entrained flow type reactors, but have unique features in terms of reactor shape, gasifying agent, coal feeding type, ash/slag discharge, and reaction stages. The MHI gasifier is characterized as air-blow dry-feed entrained reactor, which incorporates a short combustion stage at the bottom and a tall gasification stage above. This study investigates the flow and reaction characteristics inside a MHI gasifier by using computational fluid dynamics (CFD) in order to understand its design and operation features. For its pilot-scale system at 200 ton/day capacity, the distribution of coal and air supply between the two reaction stages was varied. It was found that the syngas composition and carbon conversion rate were not significantly influenced by the changes in the distribution of coal and air supply. However, the temperature, velocity and flow pattern changed sensitively to the changes in the distribution of coal and air supply. The results suggest that one key factor to determine the operational ranges of coal and air supply would be the temperature and flow pattern along the narrower wall between the two reaction stages.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.8
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pp.1022-1030
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1999
A numerical study was carried out to analyze the effect of flow distribution of stirred part and plug flow part on combustion efficiency at the coal gasification process in an entrained bed coal reactor. The model of computation was based on gas phase eulerian balance equations of mass and momentum. The solid phase was described by lagrangian equations of motion. The $k-{\varepsilon}$ model was used to calculate the turbulence flow and eddy dissipation model was used to describe the gas phase reaction rate. The radiation was solved using a Monte-Carlo method. One-step parallel two reaction model was employed for the devolatilization process of a high volatile bituminous Kideco coal. The computations agreed well with the experiments, but the flame front was closer to the burner than the measured one. The flow distribution of a stirred part and a plug flow part in a reactor was a function of the magnitude of recirculation zone resulted from the swirl. The combustion efficiency was enhanced with decreasing stirred part and the maximum value was found around S=1.2, having the minimum stirred part. The combustion efficiency resulted from not only the flow distribution but also the particle residence time through the hot reaction zone of the stirred part, in particular for the weak swirl without IRZ(internal recirculation zone) and the long lifted flame.
Various researches have been conducted for the reduction of NOx at the combustion furnace and exhaust gas recirculation method is commonly used technology for NOx reduction. The present research adopted coanda nozzles at the outside pipes of furnace to entrain the exhaust gas for the exhaust gas recirculation and the mixed gas was ejected to the tangential direction to cause the swirl flow in the furnace. The combustion flow characteristics in the exhaust gas recirculation burner with coanda nozzle has been elucidated by analyzing the swirl flow streamlines, temepraure and reaction rate distribution in the furnace. The exhaust gas entrained flow rate has been investigated by changing the excess air factor and coanda nozzle gap and the exhaust gas entrained flow rate increased with the increase of excess air factor and it decreased with the increase of coanda nozzle gap. The mean temperature at the exit plane of exhaust gas decreased with the excess air factor and it was little affected by the increase of coanda nozzle gap. The NOx mass fraction at the exhaust gas exit plane remarkably decreased with the excess air factor and it was also little affected by the increase of coanda nozzle gap.
Models for the rate of atomization and deposition of droplets for stratified and annular flow in horizontal pipes are presented. The entrained fraction is the result of a balance between the rate of atomization of the liquid layer that is in contact with air and the rate of deposition of droplets. The rate of deposition is strongly affected by gravity in horizontal pipes. The gravitational settling of droplets is influenced by droplet size: heavier droplets deposit more rapidly. Model calculation and simulation results are compared with experimental data from various diameter pipes. Validation for the suggested models was performed by comparing the Safety and Performance Analysis Code for Nuclear Power Plants calculation results with the droplet experimental data obtained in various diameter horizontal pipes.
A water driven ejector loop was designed and constructed for air absorption. The used ejector was horizontally installed in the loop and annular water jet at the throat entrained air through the circular pipe placed at the center of the ejector. Wide range of water flow rate was provided using two kinds of pumps in the loop. The tested range of water flow rate was 100${\ell}$ /min to 1,000 ${\ell}$/min. Two-phase flow inside the ejector loop was simulated by CFD analysis. Homogeneous particle model was used for void fraction prediction. Water and air flow rates and pressure drop through the ejector were automatically recorded by using the LabView based data acquisition system. Flow characteristics and air bubble velocity field downstream of the ejector were investigated by two-phase flow visualization and PIV measurement based on bubble shadow images. Overall performance of the two-phase ejector predicted by the CFD simulation agrees well with that of the experiment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.1
s.232
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pp.9-15
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2005
From the geometric parameter study, an optimal ejector design procedure of pressure recovery system for chemical lasers was acquired. For given primary flow reservoir conditions, an up-scaled ejector was designed and manufactured. In the performance test, secondary mass flow rate of 100g/s air was entrained satisfying the design secondary pressure, $40{\sim}50torr$. Performance validation of a supersonic ejector system along with an investigation of effects of supersonic diffuser was conducted. Placement of the diffuser at the secondary inlet further reduced diffuser upstream pressure to 7torr. Lastly, the duplicate of apparatus (air 500g/s secondary mass flow rate each) was built and connected in parallel to assess proportionality behavior on a system to handle larger mass flow rate. Test and comparison of the parallel unit demonstrated the secondary mass flow rate was proportional to the number of individual units that were brought together maintaining the lasing pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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