Park, Sangbin;Ye, Insoo;Ryu, Changkook;Kim, Bongkeun
한국연소학회:학술대회논문집
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2012.11a
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pp.147-148
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2012
The syngas produced from coal gasification is cooled down for gas cleaning by a syngas cooler that produces steam. Due to the presence of fly slag in the syngas, erosion, slagging and corrosion especially in the upper part of the syngas cooler may cause major operational problems. This study investigates the flow, heat transfer and particle behaviors in the syngas cooler of a 300MWe IGCC plant by using computational fluid dynamics. For various operational loads and geometry, the gas and particle flows directly impinged on the wall opposite to the syngas inlet, which may lead to erosion of the membrane wall. In the evaporate channels inside the syngas cololr, the particle flows were concentrated more on the outer channel where slagging becomes more serious. The heat transfer to the wall was mainly by convection which was larger on the side wall below the inlet level.
Hot-firing tests were performed to experimentally confirm the effect of the eigenmode in the fuel-air mixing section on combustion instability by changing mixing section length, inlet mean velocity, equivalence ratio, and swirler geometry. A premixed gas composed of air and ethylene was supplied to the combustion chamber through an mixing section and an axial swirler. As the mixing section length increased, the inlet velocity perturbation decreased, but the combustion instability increased more. It was found that the resonance frequency of the first longitudinal mode in the mixing section shifted to the third longitudinal mode as the length of the mixing section increased. The results implied that the transition of the resonace frquency by changing the length of the mixing section might cause combustion instability.
Multi-dimensional two-phase phenomena occur in many industrial applications, particularly in a nuclear reactor during steady operation or a transient period. Appropriate modeling of complicated behavior induced by a multi-dimensional flow is important for the reactor safety analysis results. SPACE, a safety analysis code for thermal hydraulic systems which is currently being developed, was designed to have the capacity of multi-dimensional two-phase thermo-dynamic phenomena induced in the various phases of a nuclear system. To validate the performance of SPACE, a two-dimensional two-phase flow test was performed with slab geometry of the test section having a scale of $1.43m{\times}1.43m{\times}0.11m$. The test section has three inlet and three outlet nozzles on the bottom and top gap walls, respectively, and two outlet nozzles installed directly on the surface of the slab. Various kinds of two-dimensional air/water flows were simulated by selecting combinations of the inlet and outlet nozzles. In this study, two-dimensional two-phase void fraction profiles were quantified by measuring the local gap impedance at 225 points. The flow conditions cover various flow regimes by controlling the flow rate at the inlet boundary. For each selected inlet and outlet nozzle combination, the water flow rate ranged from 2 to 20 kg/s, and the air flow rate ranged from 2.0 to 20 g/s, which corresponds to 0.4 to 4 m/s and 0.2 to 2.3 m/s of the superficial liquid and gas velocities based on the inlet port area, respectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.2
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pp.173-183
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1998
An optimization procedure to find the inlet concentration profile that yields the most uniform deposition rate in a cylindrical CVD chamber has been developed. Assuming that the chemical reaction time is negligibly small, a SIMPLE based finite-volume method is adopted to solve the fully elliptic equations for momentum, temperature, and concentration. The inlet concentration profile is expressed by a linear combination of Chebyshev polynomials and the coefficients of which are determined by the local random search technique. It is shown that the present method is very effective in improving the uniformity of the deposition rate, especially when Re is high and/or the wafer is placed close to the inlet. The optimal profiles have been obtained for various Re, Gr, and geometry combinations.
Lee, Min Chul;Park, Seik;Kim, Sungchul;Yoon, Jisoo;Joo, Sungpeel;Yoon, Youngbin
한국연소학회:학술대회논문집
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2013.06a
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pp.109-110
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2013
This paper describes gas turbine combustion characteristics of synthetic natural gas which contains a small amount hydrogen content. By conducting ambient pressure high temperature combustion test at gas turbine relevant combustor geometry, the combustion characteristics such as combustion instability, NOx and CO emission, temperatures at turbine inlet, nozzle and dump plane, and flame structure from high speed OH chemiluminescence images were investigated when changing hydrogen content from zero to 5%. From the results, qualitative and quantitative relationships are derived between key aspects of combustion performance, notably NOx/CO emission and combustion instability. Natural gas containing hydrogen up to 5% does not show significant difference in view of all combustion characteristics except combustion instability. Only up to 1% hydrogen addition could not change the pressure fluctuation and phase gas between fluctuations of pressure and heat release. From the results, it can be concluded that synthetic national gas which contains 1% of hydrogen can be guaranteed for the stable and reliable operation of natural gas firing gas turbine.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1999.05a
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pp.104-104
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1999
The local heat transfer coefficient is experimentally investigated for the reflux condensation in a countercurrent flow between the steam-air mixture and the condensate. A single vertical tube has a geometry which is a length of 2.4m, inner diameter of 16.56mm and outer diameter of 19.05mm and is made of stainless steel. Air is used as a noncondensible gas. The secondary side is installed in the form of coolant block around vertical tube and the heat by primary condensation is transferred to the coolant water. The local temperatures are measured at 15 locations in the vertical direction and each location has 3 measurement points in the radial direction, which are installed at the tube center, at the outer wall and at the coolant side. In three different pressures, the 27 sets of data are obtained in the range of inlet steam flow rate 1.348 -3.282kg/hr, of inlet air mass fraction 11.8 -55.0%. The local heat transfer coefficient increases as the increase of inlet steam flow rate and decreases as the decrease of inlet air mass fraction. As an increase of the system pressure, the active condensing region is contracted and the heat transfer capability in this region is magnified. The empirical correlation is developed represented with the 165 sets of local heat transfer data. As a result, the Jacob number and film Reynolds number are dominant parameters to govern the local heat transfer coefficient. The rms error is 17. 7% between the results by the experiment and by the correlation.
The local heat transfer coefficient is experimentally investigated for the reflux condensation in a countercurrent flow between the steam-air mixture and the condensate, A single vertical tube has a geometry which is a length of 2.4m, inner diameter of 16.56mm and outer diameter of 19.05mm and is made of stainless steel. Air is used as a noncondensible gas. The secondary side has a shape of annulus around vertical tube and the lost heat by primary condensation is transferred to the coolant water. The local temperatures are measured at 11 locations in the vertical direction and each location has 3 measurement points in the radial direction, which are installed at the tube center, at the outer wall and at the coolant side. In three different pressures, the 27 sets of data are obtained in the range of inlet steam flow rate 1.348∼3.282kg/hr, of inlet air mass fraction 11.8∼55.0%. The investigation of the flooding is preceded to find the upper limit of the reflux condensation. Onset of flooding is lower than that of Wallis' correlation. The local heat transfer coefficient increases as the increase of inlet steam flow rate and decreases as the increase of inlet air mass fraction. As an increase of the system pressure, the active condensing region is contracted and the heat transfer capability in this region is magnified. The empirical correlation is developed by 165 data of the local heat transfer. As a result, the Jacob number and film Reynolds number are dominant parameters to govern the local heat transfer coefficient. The rms error is 17.7% between the results by the experiment and by the correlation.
To improve the safety, the fuel cell operate inside a pressurized enclosure which contains inert gas so called protective gas. The protective gas not only prevents the mixture of hydrogen and oxygen, but also removes the water in the vessel with the condenser. This study presents the details of the flow optimization in order to reduce the humidity in the fuel cell housing. The protective gas flow in the fuel cell container is studied by Computational Fluid Dynamics(CFD) simulations. This study focuses on optimizing the geometry of an protective gas circulation system in fuel cell module to reduce the humidity in the vessel. CFD analysis was carried out for an existing model to understand the flow behavior through the fuel cell system. Based on existing model CFD results, geometrical changes like inlet placement, optimization of outlet size, modification of fuel cell module system are carried out, to improve the flow characteristics. The CFD analysis of the optimized model is again carried out and the results show good improvement in protective gas flow behavior.
Kim, Min-Ki;Yoon, Ji-Su;Hwang, Jeong-Jae;Yoon, Young-Bin
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.187-199
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2011
The main objective of this study was investigation of natural gas flames in a lean premixed swirl-stabilized dump combustor with an attention focused on the effect of the various fuel-air mixing section geometry on the combustion instability characteristics. The multi-channel dynamic pressure transducers were located on the combustor and inlet mixing section region to observe combustion pressure oscillation and difference phase at each dynamic pressure measurement results. Dynamic pressures were also measured to investigate characteristics of combustion at the same time. The combustor and mixing section length was varied in order to have different acoustic resonance characteristics from 800 to 1800 mm in combustor and 470, 550, 870 mm in mixing section. We observed two dominant instability frequencies in this study. Lower frequencies were obtained at lower equivalence ratio region and it was associated with a fundamental longitudinal mode of combustor length. Higher frequencies were observed in higher equivalence ratio conditions. It was related to secondary longitudinal mode of coupled with the combustor and mixing section. In this instability characteristics, pressure oscillation of mixing section part was larger than pressure oscillation of combustor. As a result, combustion instability was strongly affected by acoustic characteristics of combustor and mixing section geometry.
A gas-liquid centrifugal separator is widely used in industry because of its simple geometry and little maintenance. Also, these separators have considerable advantages over filters, scrubbers or precipitators in term of compact design, low pressure drop and higher capacity. A gas-liquid centrifugal separator is a device that utilizes centrifugal force and low pressure to separate liquid from gas by density difference. Design parameters such as length of separation space, swirl vane exit angle, inlet to outlet pipe diameter ratio, models for separation efficiency and low pressure drop as a function of physical dimension are not available in literature. In present study, length of separation space (from vane to gas exit opening) has been studied using CFD. The 3-D Navier-Stokes equations are numerically solved using a fully implicit finite volume scheme. Based upon the obtained solutions, tangential velocities, centrifugal forces, vortices and total pressure losses are analyzed to find the best design parameters.
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