Here we present a linear stability analysis and an MHD 2D model for the Parker-Jeans instability in the Galactic gaseous disk. The magnetic field is assumed parallel to a Galactic spiral arm, and the gaseous disk is modelled as a multi-component, magnetized, and isothermal gas layer. The model employs the observed vertical stratifications for the gas density and the gravitational acceleration in the Solar neighborhood, and the self-gravity of the gas is also included. By solving Poisson's equation for the gas density stratification, we determine the vertical acceleration due to self-gravity as a function of z. Subtracting it from the observed gravitational acceleration, we separate the total acceleration into self and external gravities. The linear stability analysis provides the corresponding dispersion relations. The time and length scales of the fastest growing mode of the Parker-Jeans instability are about 40 Myr and 3.3 kpc, respectively. In order to confirm the linear stability analysis, we have performed two-dimensional MHD simulations. These show that the Parker-Jeans instability under the self and external gravities evolves into a quasi-equilibrium state, creating condensations on the northern and southern sides of the plane, in an alternate manner.
The indoor environments in high-rise buildings are generally well enclosed by defined boundary conditions. Here, a numerical simulation method based on the Lattice Boltzmann method (LBM), which aims to model and simulate the turbulent flow accurately in an enclosed environment, and its comparison with traditional computational fluid dynamics (CFD) results, are presented in this paper. CFD has become a powerful tool for predicting and evaluating enclosed airflows with the rapid advance in computer capacity and speed, and various types of CFD turbulence modeling and its application and validation have been reported. The LBM is a relatively new method; it involves solving of the discrete Boltzmann equation to simulate the fluid flow with a collision model instead of solving Navier-Stokes equations. In this study, the LBM-based scheme of flow pattern and particle dispersion analyses are validated using the benchmark test case of two- and three-dimensional and isothermal conditions (IEA/Annex 20 case); the prediction accuracy and advantages are also discussed by comparison with the results of CFD.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.11
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pp.3003-3013
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1995
The characteristics of the flow field in the tangentially fired furnace are presented. Experiments are conducted in the simplified cold type isothermal flow model. In the measurement of flow field, a hot wire anemometer is used. The hot wire was calibrated by lookup table method. The mean velocity field and turbulence characteristics are showed with changing the nozzle angle. In the center of the model, the low speed, unstable flow region is formed. The size and position of these regions are varied with changing the nozzle angle. It can be used as fundamental data in the design of the large furnace. From the experimental results, various turbulent characteristics of swirling flow field is obtained. And the entrainment mechanism of the jet flow field is described from the distribution of the skewness and the flatness. It can be used the raw data of approximate calculation and turbulent modelling.
Park, Ho-Young;Seo, Sang-Il;Kim, Young-Joo;Kim, Tae-Hyung;Chung, Jae-Hwa;Lee, Sung-Ho;Ahn, Kwang-Ick;Jeong, Young-Gap
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.22
no.4
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pp.534-545
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2011
This paper describes the evaluation of kinetic parameters for pyrolysis and carbon char oxidation of residual oil. The non-isothermal pyrolysis of residual oil was carried out with TGA (Thermo-Gravimetric Analyzer) at heating rate of 2, 5, 10 and $20^{\circ}C/min$ up to $800^{\circ}C$ under N2 atmosphere. The first order and nth order pyrolysis models were used to fit the experimental data, and the nth order model was turned out to follow the experimental data more precisely than the first order model. For carbon char oxidation experiment, TGA and four heating rates used in pyrolysis experiment were also adapted. The kinetic parameters for the residual carbon char particle were obtained with three char oxidation model, that is, volume reaction, grain and random pore model. Among them, the random pore model described the char oxidation behaviour quite well, compared to other two models. The non-linear regression method was used to obtain kinetic parameters for both pyrolysis and carbon char oxidation of residual oil.
We construct several Milky Way-like galaxy models containing a gas halo (as well as gaseous and stellar disks, a dark matter halo, and a stellar bulge) following either an isothermal or an NFW density profile with varying mass and initial spin. In addition, galactic winds associated with star formation are tested in some of the simulations. We evolve these isolated galaxy models using the GADGET-3 N-body/hydrodynamic simulation code, paying particular attention to the effects of the gaseous halo on the evolution. We find that the evolution of the models is strongly affected by the adopted gas halo component, particularly in the gas dissipation and the star formation activity in the disk. The model without a gas halo shows an increasing star formation rate (SFR) at the beginning of the simulation for some hundreds of millions of years and then a continuously decreasing rate to the end of the run at 3 Gyr. Whereas the SFRs in the models with a gas halo, depending on the density profile and the total mass of the gas halo, emerge to be either relatively flat throughout the simulations or increasing until the middle of the run (over a gigayear) and then decreasing to the end. The models with the more centrally concentrated NFW gas halo show overall higher SFRs than those with the isothermal gas halo of the equal mass. The gas accretion from the halo onto the disk also occurs more in the models with the NFW gas halo, however, this is shown to take place mostly in the inner part of the disk and not to contribute significantly to the star formation unless the gas halo has very high density at the central part. The rotation of a gas halo is found to make SFR lower in the model. The SFRs in the runs including galactic winds are found to be lower than those in the same runs but without winds. We conclude that the effects of a hot gaseous halo on the evolution of galaxies are generally too significant to be simply ignored. We also expect that more hydrodynamical processes in galaxies could be understood through numerical simulations employing both gas disk and gas halo components.
The isothermal adsorption, dynamic, and thermodynamic parameters of Acid black (AB) and Quinoline yellow (QY) adsorption by activated carbon were investigated using the initial concentration, contact time, temperature, and pH of the dyes as adsorption parameters. The adsorption equilibrium data fits the Freundlich isothermal adsorption model, and the calculated Freundlich separation factor values found that activated carbon can effectively remove AB and QY. Comparing the kinetic data showed that the pseudo second order model was within 10% error in the adsorption process. The intraparticle diffusion equation results were divided into two straight lines. Since the slope of the intraparticle diffusion line was smaller than the slope of the boundary layer diffusion line, it was confirmed that intraparticle diffusion was the rate-controlling step. The thermodynamic experiments indicated that the activation energies of AB and QY were 19.87 kJ mol-1 and 14.17 kJ mol-1, which corresponded with the physical adsorption process (5 ~ 40 kJ mol-1). The adsorption reaction was spontaneous because the free energy change in the adsorption of AB and QY by activated carbon was negative from 298 to 318 K. As the temperature increased, the free energy value decreased resulting in higher spontaneity. Adsorption of AB and QY by activated carbon showed the highest adsorption removal rate at pH 3 due to the effect of anions generated by dissociation. The adsorption mechanism was electrostatic attraction.
The isotherm, kinetic, and thermodynamic parameters of reactive blue 4 adsorbed by activated carbon were investigated for activated carbon dose, pH, initial concentration, contact time, and temperature data. The adsorption of the RB 4 dye by activated carbon showed a concave shape in which the percentage of adsorption increased in both directions starting from pH 7. The isothermal adsorption data were applied to Langmuir, Freundlich, and Temkin isotherms. Both Freundlich and Langmuir isothermal adsorption models fit well. From determined Freundlich separation factor (1/n = 0.125 ~ 0.232) and Langmuir separation factor (RL = 1.53 ~ 1.59), adsorption of RB 4 by activated carbon could be employed as an effective treatment method. The constant related to the adsorption heat (BT = 2.147 ~ 2.562 J mol-1) of Temkin showed that this process was physical adsorption. From kinetic experiments, the adsorption process followed the pseudo second order model with good agreement. The results of the intraparticle diffusion model showed that the inclination of the first straight line representing the surface diffusion was smaller than that of the second straight line representing the intraparticle pore diffusion. Therefore, it was confirmed that intraparticle pore diffusion is the rate-controlling step. The negative Gibbs free energy change (ΔG = -3.262 ~ -7.581 kJ mol-1) and the positive enthalpy change (ΔH = 61.08 kJ mol-1) indicated the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process, proving this process to be spontaneous and endothermic.
Park Chan-kuk;Chu Byeong-gil;Kim chol;Jung Jai-hwan
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.2
no.1
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pp.28-39
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1998
This study investigated the natural convection and radiation in a rectangular enclosure with ceiling vent experimentally and numerically. A heat source is located on the center of the bottom surface. The analysis was peformed a pure convection and is combination of natural convection and radiation. The shape of the considered two dimensional model is a square whose center of ceiling($30\%$) is opened. The numerical simulations are carried out for the pure natural convection case and the combined heat transfer case by using the SIMPLE algorithm. For the turbulent flow, Reynolds stresses are closed by the standard $k-{\epsilon}$ model and the wall function is used to determine the wall boundary conditions. The experiment was performed on the same geometrical shape as the computations. The radiative heat transfer is analized by the S-N discrete ordinates method. The results of pure natural convection are compared with those of combined heat transfer by the velocity vectors, stream lines, isothermal lines. The results obtained are as follows 1. Comparing the results of pure convection with those of the combined convection-radiation through the shape of stream lines, isothermal lines are similar to each other. 2. The temperature fields obtained by numerical method are compared to those obtained by experimental one, and it is found that they are showed mean relative error $8.5\%$. 3. Visualization bt smoke is similar to computational results.
The adsorption of disperse yellow 3 (DY 3) on granular activated carbon (GAC) was investigated for isothermal adsorption and kinetic and thermodynamic parameters by experimenting with initial concentration, contact time, temperature, and pH of the dye as adsorption parameters. In the pH change experiment, the adsorption percent of DY 3 on activated carbon was highest in the acidic region, pH 3 due to electrostatic attraction between the surface of the activated carbon with positive charge and the anion (OH-) of DY 3. The adsorption equilibrium data of DY 3 fit the Langmuir isothermal adsorption equation best, and it was found that activated carbon can effectively remove DY 3 from the calculated separation factor (RL). The heat of adsorption-related constant (B) from the Temkin equation did not exceed 20 J mol-1, indicating that it is a physical adsorption process. The pseudo second order kinetic model fits well within 10.72% of the error percent in the kinetic experiments. The plots for Weber and Morris intraparticle diffusion model were divided into two straight lines. The intraparticle diffusion rate was slow because the slope of the stage 2 (intraparticle diffusion) was smaller than that of stage 1 (boundary layer diffusion). Therefore, it was confirmed that the intraparticle diffusion was rate controlling step. The free energy change of the DY 3 adsorption by activated carbon showed negative values at 298 ~ 318 K. As the temperature increased, the spontaneity increased. The enthalpy change of the adsorption reaction of DY 3 by activated carbon was 0.65 kJ mol-1, which was an endothermic reaction, and the entropy change was 2.14 J mol-1 K-1.
Microturbomachinery (< 250 kW) using gas foil bearings can function without oil lubricants, simplify rotor-bearing systems, and demonstrate excellent rotordynamic stability at high speeds. State-of-the-art technologies generally use bump foil bearings or leaf foil bearings due to the specific advantages of each of the two types. Although these two types of bearings have been studied extensively, there are very few studies on leaf-bump foil bearings, which are a combination of the two aforementioned bearings. In this work, we illustrate a simple mathematical model of the leaf-bump foil bearing with leaf foils supported on bumps, and predict its static and dynamic performances. The analysis uses the simple elastic model for bumps that was previously developed and verified using experimental data, adds a leaf foil model, and solves the Reynolds equation for isothermal, isoviscous, and ideal gas fluid flow. The model predicts that the drag torques of the leaf-bump foil bearings are not affected significantly by static load and bearing clearance. Due to the preload effect of the leaf foils, rotor spinning, even under null static load, generates significant hydrodynamic pressure with its peak near the trailing edge of each leaf foil. A parametric study reveals that, while the journal eccentricity and minimum film thickness decrease, the drag torque, direct stiffness, and direct damping increase with increasing bump stiffness. The journal attitude angle and cross-coupled stiffness remain nearly constant with increasing bump stiffness. Interestingly, they are significantly smaller compared to the corresponding values obtained for bump foil bearings, thus, implying favorable rotor stability performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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