A numerical investigation of the fuel concentration field in a fluidized bed has been carried out for the scale-up of a fluidized bed combustor (FBC). A two-dimensional transient model is developed using the two-phase fluidization, a simple chemical reaction, and lateral solid mixing theories. The uniformity of fuel concentration distributions is controlled by the location and the number of fuel feeders, fluidizing velocities and the bed-heights. While larger bubbles owing to greater fluidizing velocities enhance the fuel-dispersion in the bed, they have adverse effects on fuel combustion and thus result in the increase of fuel concentration, since a greater bubble means a larger bypass which reduces gas-exchange rates between bubble and emulsion phases. Average or maximum values of the bed fuel concentration are utilized as criteria for the scale-up from a pilot/lab-scale to a commercial-size bed.
Recently, Performance and fuel efficiency of gasoline engines have been improved by adopting direct injection (DI) system instead of port fuel injection (PFI) system. However, injecting gasoline fuel directly into the cylinder significantly reduces the time available for mixing and evaporation. Consequently, particulate matters(PM) emissions increase. Moreover, as the emission regulations are getting more stringent, not only the mass but also the total number of PM should be reduced to satisfy the Euro VI regulations. Increasing the fuel injection pressure is one of the methods to meet this challenge. In this study, the effects of increased fuel injection pressures on combustion and emission characteristics were experimentally examined at several part load conditions in a 1.6 liter commercial gasoline direct injection engine. The main combustion durations decreased about $2{\sim}3^{\circ}$ in crank angle base by increasing the fuel injection pressure due to enhanced air-fuel mixing characteristics. The exhaust emissions and number concentration distributions of PM with particle sizes were also compared. Due to enhanced combustion characteristics, THC emissions decreased, whereas NOx emissions increased. Also, the number concentrations of PM, larger than 10 nm, also significantly decreased.
The U-Zr or U-TRU-Zr cylindrical metallic fuel slug used in fast reactors is known to swell significantly and to grow during irradiation. In neutronics simulations of metallic-fueled fast reactors, it is assumed that the slug has swollen and contacted cladding, and the bonding sodium has been removed from the fuel region. In this research, a realistic burnup-dependent fuel-swelling simulation was performed using Monte Carlo code McCARD for a single-batch compact sodium-cooled breed-and-burn reactor by considering the fuel-swelling behavior reported from the irradiation test results in EBR-II. The impacts of the realistic burnup-dependent fuel swelling are identified in terms of the reactor neutronics performance, such as core lifetime, conversion ratio, axial power distribution, and local burnup distributions. It was found that axial fuel growth significantly deteriorated the neutron economy of a breed-and-burn reactor and consequently impaired its neutronics performance. The bonding sodium also impaired neutron economy, because it stayed longer in the blanket region until the fuel slug reached 2% burnup.
In a PWR (Pressurized Water Reactor), the appropriate heat removal from the surface of fuel rod bundle is important for ensuring thermal margins and safety. Although many CFD (Computational Fluid Dynamics) software have been used to predict complex flows inside fuel assemblies with mixing vanes, there is no domestic regulatory guideline for the comprehensive evaluation of CFD software. Therefore, from the nuclear regulatory perspective, it is necessary to perform the systematic assessment and prepare the domestic regulatory guideline for checking whether valid CFD software is used for nuclear safety problems. In this study, to provide systematic evaluation and guidance on the applicability of CFD software to the domestic nuclear safety area, the results of the sensitivity analysis for the effect of the discretization scheme accuracy for the convection terms and turbulence models, which are main factors that contribute to the uncertainty in the calculation of the nuclear safety problems, on the prediction performance for the turbulent flow distribution inside the fuel assembly with split-type mixing vanes were explained.
The one of the major problems in the development of PEMFC was regarding to the assurance of sealing on stack. The failure on the sealing creates the problems of fuel leakage, mixing, internal combustion, damage on parts and can be a direct reason for the degrading the efficiency of fuel cell. This paper studies on the analytical approach for improving the contacting pressure distribution on the gasket at the evaluation on the sealing of fuel cell stack. So, the assembly analysis on multi layered fuel cell stack was performed. The research on the simplification of finite element model was performed for three dimensional analysis at the multi layered state. The improved contact pressure distribution was obtained through the case studies on gasket for better sealing. In addition, the number of the cell was determined for the effective analysis and the structural characteristics were evaluated based on this research.
It is reported that during the cold starting, especially in gasoline engine, the engine response and the effect of HC emission can be improved by prompting atomization and reducing the quantity of fuel adhered to the range of injector tip, inlet port, and inlet valve. The purposes of this study are to promote atomization of fuel before air-fuel mixture in the inlet port. In order to achieve its goal, the glow plug is to evaluate the feasibility of for the early fuel evaporator and the spray behavior characteristics of gasoline, injected on the surface of glow plug with room temperature(2$0^{\circ}C$) and high temperature(25$0^{\circ}C$) is to examine. Particle motion analysis system(PMAS) was used to measure the SMD and the dropsize distribution of impinging spray and free spray. The results of this experiment, evaporation rate of impinging spray was higher than that of free spray, and the higher evaporation rate win, the smaller peak dropsize was. Especially, during early spray SMD of impinging spray was still smaller than that of fee spray.
The effects of internal manifold designs the reactant feed-stream in Polymer Electrolyte Fuel Cells (PEFCs) is studied to figure out mass flow-distribution patterns over an entire fuel cell stack domain. Reactants flows are modeled either laminar or turbulent depending on regions and the open channels in the bipolar plates are simulated by porous media where permeability should be pre-determined for computational analysis. In this work, numerical models for reactant feed-stream in the PEFC manifolds are classified into two major flow patterns: Z-shape and U-shape. Several types of manifold geometries are analyzed to find the optimal manifold configurations. The effect of heat generation in PEFC on the flow distribution is also investigated applying a simplified heat transfer model in the stack level (i.e. multi-cell electrochemical power-generation unit). This modeling technique is well suited for many large scale problems and this scheme can be used not only to account for the manifold flow pattern but also to obtain information on the optimal design and operation of a PEMC system.
Recently, the operation of power distribution systems has become more difficult because the peak demand load is increasing continuously and the daily load factor is getting worse and worse. Also, the consideration of deregulation and global environment in electric power industry is required. In order to overcome these problems, a study on the planning and operation in distribution systems of dispersed generating sources such as fuel cell systems, photovoltaic systems and wind power systems has been performed energetically. This study presents a method for determining an optimal operation strategy of dispersed co-generating sources, especially fuel cell systems, in the case of both only electric power supply and thermal supply as well as electric power supply. In other words, the optimal operation of these sources can be determined easily by the principle of equal incremental fuel cost and the thermal merits is evaluated quantitatively through Kuhn-Tucker's optimal conditions. In order to select the optimal locations of those sources, an priority method using the comparison of total cost at the peak load time interval is also presented. The validity of the proposed algorithms is demonstrated using a model system.
The effects of internal manifold designs on the reactants feed-stream in Polymer Electrolyte Fuel Cells [PEFCs] is studied to figure out flow and thermal distribution patterns over an entire fuel cell stack. Reactants flows are modeled either laminar of turbulent depending on regions and the open channels in the bipolar plates are simulated by porous media where permeability should be pre-deter-mined for computational analysis. In this work, numerical models for reactants feed-stream In the PEFC manifolds are classified Into two major flow patterns: Z-shape and U-shape. Several types of manifold geometries are analyzed to find the optimal manifold configurations. The effect of heat generation in PEFC on the flow distribution is also Investigated applying a simplified heat transfer model in the stack level (i.e. multi-cell electrochemical power-generation unit). This modeling technique Is well suited for many large scale problems and this scheme can be used not only to account for the manifold flow pattern but also to obtain Information on the optimal design and operation of PEFC systems.
Carbon-supported Platinum (Pt) is the potential electro-catalyst material for anodic and cathodic reactions in fuel cell. Catalytic activity of the metal strongly depends on the particle shape, size and distribution of the metal in the porous supportive network. Conventional preparation techniques based on wet impregnation and chemical reduction of the metal precursors often do not provide adequate control of particle size and shape. We have proposed a novel route for preparing nano sized Pt colloidal particles in solution by oxidation of ethylene glycol. These Pt nano particles were deposited on large surface area carbon support. The process of nano Pt colloid formation involves the oxidation of solvent ethylene glycol to mainly glycolic acid and the presence of its anion glycolate depends on the solution pH. In the process of colloidal Pt formation glycolate actsas stabilizer for the Pt colloidal particle and prevents the agglomeration of colloidal Pt particles. These mono disperse Pt particles in carbon support are found uniformly distributed in nearly spherical shape and the size distribution was narrow for both supported and unsupported metals. The average diameter of the Pt nano particle was controlled in the range off to 3 nm by optimizing reaction parameters. Transmission electron microscopy, CV and RRDE experiments were used to compliment the results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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