Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.95-104
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2003
This paper deals with the analytic and FEM analyses of sloshing frequency response of incompressible, invicid and irrotational flow in two dimensional rectangular tank. We use Laplace equation based on potential theory as governing equation. For small amplitude sloshing motion, the linearized free surface condition was applied and the analytic solution as obtained by the separation of variables. To simulate the effect of the energy dissipation due to viscous damping, artificial viscous coefficient is introduced and the divergence of response at resonance frequencies may be avoided by this coefficient. This problem was solved by FEM using 9-node elements in order to predict the maximum amplitude of sloshing response. Numerical results of free surface height, fluid pressure and fluid force show good agreement with those by analytic solution. After verifying the test FEM program, we analyze the frequency response characteristics of sloshing to the fluid height.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.27
no.11
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pp.57-68
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2013
The market for distributed power generation based on renewable energy is increasing, particularly for standalone mini-grid applications in developing countries with limited energy resources. Stand-alone power systems (SAPS) are of special interest combined with renewable energy design in areas not connected to the electric grid. Traditionally, such systems have been powered by diesel engine generator sets (DEGS), but also hybrid systems with photovoltaic and/or wind energy conversion systems (WECS) are becoming quite common nowadays. Hybrid energy systems can now be used to generate energy consumed in remote areas and stand-alone microgrids. This paper describes the design, simulation and feasibility study of a hybrid energy system for a stand-alone power system. A simulated model is developed to investigate the design and performance of stand-alone hydrogen renewable energy systems. The analysis presented here is based on transient system simulation program (TRNSYS) with realistic ventilation load of a large store. Design of a hybrid energy system is site specific and depends on the resources available and the load demand.
We developed a program, "CogenSim-$\mu$," to simulate the operation of micro-combined heat and power (${\mu}CHP$) system. The CogenSim-$\mu$ can reflect the variation of energy efficiency by handling the real-time loads (heat and power) fluctuation. The result obtained using this program was compared with the real operation of 30 kWe gas engine driven ${\mu}CHP$. It was found that the CogenSim-$\mu$ could predict the amount of generated-power, recovered-heat and consumed-fuel with the error less than 3%, and heat and power efficiency with the error less than 4%. The CogenSim-$\mu$ reconstructed the profile of on-off cycle, which represented the operation of a facility, with more than 93% accuracy. The CogenSim-$\mu$ can reflect the effects of various factors such as size of thermal storage tank, desired temperature of reservoir water, natural frequency of generator, etc. As a result, the CogenSim-$\mu$ can be used to optimize the ${\mu}CHP$ operation.
In this study, the weight of type IV pressure vessel is optimized through the burst pressure condition using the finite element analysis (FEA) based on the genetic algorithm (GA). The optimization design variables include the thickness of composite layers and the winding angles. The optimized design variables are validated using the numerical simulations for the pressure vessel. Consequently, the weight is decreased by about 6.5% as compared to the previously reported results for Type III pressure vessel. Additionally, a method which reduces the entire optimization time is proposed. In the original method, the population size is constant across all generations. However, the proposed method could reduce the workload through the reduction of the population size by half for every 25 generations. Thus, the proposed method is observed to increase the weight by about 0.1%, however, the working time for the optimization could be decreased by about 46.5%.
In the hydrogen filling process, hydrogen flows by the pressure difference between the supply pressure at a filling station and a storage tank in the vehicle, and the flow rate depends on the pressure difference. Therefore, it is essential to consider the pressure drop of hydrogen occurring during the filling process, and the efficiency of the hydrogen filling process can be improved through its analysis. In this study, the pressure drop was analyzed for a hose, a nozzle/receptacle coupling, a pipe, and a valve in a filling line. The pressure drops through hose and pipe, the nozzle,receptacle coupling, and the valve were calculated by using a equation for a straight conduit, a flow nozzle formula, and a gas flow respectively. In addition, as a result of comprehensive analysis of the pressure drop effect occurring in each component, it was found that the factor that has the greatest influence on the pressure drop in the entire filling line is the pressure drop through the valve. This study can be used to develop a model of the hydrogen filling process by analyzing hydrogen flow including hydrogen filling in the future.
Baik, Jong Hoon;Karng, Sarng Woo;Kang, Hyungmook;Garceau, Nathaniel;Kim, Seo Young;Oh, In-Hwan
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.26
no.2
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pp.105-113
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2015
In order to accelerate hydrogen society in current big renewable energy trend, it is very important that hydrogen can be transported and stored as a fuel in efficient and economical fashion. In this perspective, liquid hydrogen can be considered as one of the most prospective storage methods that can bring early arrival of the hydrogen society by its high gravimetric energy density. In this study, a small-scale hydrogen liquefier has been designed and developed to demonstrate direct hydrogen liquefaction technology. Gifford-McMahon (GM) cryocooler was employed to cool warm hydrogen gas to normal boiling point of hydrogen at 20K. Various cryogenic insulation technologies such as double walled vacuum vessels and multi-layer insulation were used to minimize heat leak from ambient. A liquid nitrogen assisted precooler, two ortho-para hydrogen catalytic converters, and highly efficient heat pipe were adapted to achieve the target liquefaction rate of 1L/hr. The liquefier has successfully demonstrated more than 1L/hr of hydrogen liquefaction. The system also has demonstrated its versatile usage as a very efficient 150L liquid hydrogen storage tank.
Three methods for heat collection, which were the flat solar collector, two fan with radiator, and square pipe method, were studied to sue efficiently solar energy in the three different glasshouses for two years. The flat plate solar collector method was made use of the commercial solar collector with collection area of 24$m^2$, the method of two fans with radiators collected solar energy at the top of the glasshouse. An thermal storage tank was constructed underneath in teach glasshouses. When an area of 1,000$m^2$ was heated to the minimum temperature of 9$^{\circ}C$, the decrease rate of heating fuel for the flat plate solar collector, the fan attached radiator and the square pipe methods were 7%, 19% and 28% respectively. The flat plate solar collector method, which could be heated approximately 40-50$m^2$, was currently used by most of the farmer. Under the condition, the decrease rate of annual heating fuel was 14% which was not better for an economic annual heating fuel. If the fan with radiator method was operated, the use of installation and maintenance were required. So, it could not be good economic efficiency of solar heating. The heating efficiency of the square pipe method was relatively better thant those of the flat plate solar collector or the fan attached radiator. Since the cost of materials and its installation of the use of square pipe method was lower than any other method. However, corrosion of the pipe, greater shade in the greenhouse and strength against the square pipe were problems that should be overcome in the square pipe method.
Park, Jin-Woo;Kim, Dong-Sun;Ko, Min-Su;Cho, Jung-Ho
Clean Technology
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v.20
no.1
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pp.1-6
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2014
$CO_2$ is generated by the combustion reaction, when getting the energy from fossil fuel. If the carbon dioxide emissions increases more, the global warming problem will become more serious. CCS (carbon capture storage) needs to be developed for the prevention of this. When liquefied $CO_2$ is transported, BOG (boil-off gas) is generated because of several problems. In the study, by injecting liquefied $CO_2$ in two tanks which contains $40m^3$each, the amount of BOG and its composition were measured during 30 days when generating pressure changes and external heat, loading, unloading. In result, 16,040 kg of BOG was generated and the composition has been found out to be 99.95% $CO_2$ and 0.05 % $N_2$. Also, we conducted simulation process for reliquefaction of generated BOG with vapor compression cycle using the PRO/II with PROVISION version 9.2. As a result, the refrigeration cycle of the total circulation flow rate was 42.07 kg/h and the condenser utility consumption was 48.85 kg/h.
Kim Jongtae;Hong Seong-Wan;Kim Sang-Baik;Kim Hee-Dong
Journal of computational fluids engineering
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v.10
no.3
s.30
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pp.9-18
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2005
During a hypothetical severe accident in a nuclear power plant (NPP), hydrogen is generated by the active reaction of fuel-cladding and steam in the reactor pressure vessel and released with steam into the containment. In order to mitigate hydrogen hazards possibly occurred in the NPP containment, hydrogen mitigation system (HMS) is usually adopted. The design of the next generation NPP (APR1400) designed in Korea specifies 26 passive autocatalytic recombiners and 10 igniters installed in the containment for the hydrogen mitigation. in this study, the analysis of the hydrogen and steam behavior during a total lose of feed water (TLOFW) accident in the APR1400 containment has been conducted by using the CFD code GASFLOW. During the accident, a huge amount of hot water, steam, and hydrogen is released in the in-containment refueling water storage tank (IRWST). The current design of the APR1400 includes flap-type dampers at the IRWST vents which are operated depending on the pressure difference between inside and outside of the IRWST. it was found that the flaps strongly affects the flow structure of the steam and hydrogen in the containment. The possibilities of a flame acceleration and transition from deflagration to detonation (DDT) were evaluated by using Sigma-Lambda criteria. Numerical results indicate the DDT possibility could be heavily reduced in the IRWST compartment when the flaps are installed.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.4
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pp.686-692
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2013
Today, environmental issues have become a matter of worldwide concern. In particular, automobile industries engage in considerable research and investment to develop high-efficiency and ecofriendly cars. Most ecofriendly cars use natural gas or hydrogen gas instead of fossil fuels. In this regard, low-weight and high-pressure vessels have gradually been developed to increase the driving distance of a car. However, most pressure vessels installed in cars develop many defects over time owing to shocks sustained when the car is being driven. Such defects can cause the explosion of the pressure vessel. Therefore it is important to prevent such explosions due to internal defects. The use of shearography for measuring the internal defects of objects afford many advantages. It is a non-contact and non-destructive method, and it is not limited by the object shape. In this study, the internal defect deformation and strain of an aluminum liner that is used in a CNG bus for the fuel storage tank is measured using shearography. It is important to measure the strain and deformation in order to detect defects and repair the pressure vessel. To verify the accuracy of the shearography measurement method, the measurement results of shearography, out-of-plane ESPI, and FEM are compared quantitatively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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