Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.59
no.6
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pp.1-8
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2017
The purpose of this study was to provide basic data for development of environmental design technology for greenhouses constructed in reclaimed lands. We analyzed the climatic conditions around seven major reclaimed land areas in Korea, which have a plan to install advanced horticultural complexes. The characteristics of heating load through the thermal environment measurement of the greenhouse in Saemangeum were analyzed. The part to be applied to the environmental design of the greenhouses in reclaimed lands were reviewed. The overall heat transfer coefficient of the experimental greenhouse with the aluminum screen and multi-layer thermal curtain averaged $3.79W/m^2^{\circ}C$. It represents a 44 % heat savings rate compared with plastic greenhouses with a single covering, which was significantly lower than that of the common greenhouses with 2-layer thermal curtains. This is because the experimental greenhouse was installed on reclaimed land and wind was stronger than the inland area. Among the total heating load, the transmission heat loss accounted for 96.4~99.9 %, and the infiltration loss and the ground heat exchange were low. Therefore, it is necessary to take countermeasures to minimize the transmission heat loss for greenhouses constructed in reclaimed lands. As the reclaimed land is located on the seaside, the wind is stronger than the inland area, and the fog is frequent. Especially, Saemangeum area has 2.6 times stronger wind speed and 3.4 times longer fog duration than the inland area. In designing the heating systems for greenhouses in reclaimed lands, it is considered that the maximum heating load should be calculated by applying the wind coefficient larger than the inland area. It is reasonable to estimate the operation cost of the heating system by applying the adjustment factor 10 % larger than the average in calculating the seasonal heating load.
Membrane distillation (MD), which can utilize low-grade thermal energy, has been extensively studied for desalination. By incorporating solar thermal energy, the solar membrane distillation desalination system (SMDDS) is a potential technology for resolving the energy and water resource problems. Small-scale SMDDS (s-SMDDS) is an attractive and viable option for the production of fresh water for small communities in remote arid areas. The minimum-cost design and operation of s-SMDDS are determined by a systematic method, which involves a pseudo steady state approach for equipment sizing and the dynamic optimization using overall system mathematical models. The s-SMDDS employing three MD configurations, including the air gap (AGMD), direct contact (DCMD) and vacuum (VMD) types, are optimized. The membrane area of each system is $11.5m^2$. The AGMD system operated for 500 kg/day water production rate gives the lowest unit cost of $5.92/m^3$. The performance ratio and recovery ratio are 0.85 and 4.07%, respectively. For the commercial membrane employed in this study, the increase of membrane mass transfer coefficient up to two times is beneficial for cost reduction and the reduction of membrane heat transfer coefficient only affects the cost of the DCMD system.
An efficient computational fluid dynamics model was proposed for simulating microchannel-type steam/methane reformers with thin washcoat catalyst layers. In this model, by using the effectiveness factor correlations, the overall reaction rate that occurs in the washcoat catalyst layer could be accurately estimated without performing the detailed calculation of heat transfer, mass transfer, and reforming reactions therein. The accuracy of the proposed model was validated by solving a microchannel-type reformer, once by fully considering the complex steam/methane reforming (SMR) process inside the washcoat layer and again by simplifying the SMR calculation using the effectiveness factor correlations. Finally, parametric studies were conducted to investigate the effects of operating conditions on the SMR performance.
Aim of this study was to obtain the heating performance and the economic evaluation on solar heating system for greenhouse which area of floor was $90m^2$. For heating performance effective solar energy for the greenhouse was compared with overall heating loads including coefficient of heat transfer and conduction. And the economic evaluation solar heating system was evaluated by comparison its initial investiment costing with oil saving cost. Initial investiment costing included collector cost, storage cost, piping cost, control system cost and miscellaneous costs which included pumps, motors etc. The contents of this study included the survey of climate conditions for solar heating, long-term collector performance and optimum collector area of solar heating system in existing greenhouse. The results are follows: 1. Average horizontal radiation during winter was $2,434Kcal/m^2$ day which was the highest value in this country, so the climate conditions of Suwon was suitable for solar heating. 2. Resulting calculation of the optimum collector area was $30m^2$ and the solar energy accounted for 30% of the overall heating load. 3. The capacity of storage tank required 60 liter per unit area ($m^2$) of solar collector.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.9
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pp.2404-2412
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1994
A mathematical model has been developed for predicting kinematic, thermal, and solidification histories of atomized droplets during flight. Liquid droplet convective cooling, recalescence, equilibrium-state solidification, and solid-phase cooling were taken into account in the analysis of the solidification process. The spherical shell model was adopted where the heterogeneous nucleation is initiated from the whole surface of a droplet. The growth rate of the solid-liquid interface was determined from the theory of crystal growth kinetics with undercooling caused by the rapid solidification. The solid fraction after recalescence was obtained by using the integral method. The thermal responses of atomized droplets to gas velocity, particle size variation, and degree of undercooling were investigated through the parametric studies. It is possible to evaluate the solid fraction of the droplet according to flight distance and time in terms of a dimensionless parameter derived from the overall energy balance of the system. It is also found that the solid fraction at the end of recalescence is not dependent on the droplet size and nozzle exit velocity but on the degree of subcooling.
Combined phase transformation and heat transfer was considered on the simulation of hot press forming process, using material properties modeler, $JMatPro^{(R)}$ and a finite element package, $DEFORM^{TM}$-HT. In order to obtain high temperature mechanical properties and flow curves for different phases, a material properties modeler, $JMatPro^{(R)}$ was used, avoiding expensive and extensive high temperature materials tests. The results successfully show that the strength of hot press forming parts may exhibit different strength in the same parts, depending on the contact of blank with tooling. It was also shown effectively that the strength of the parts can be controlled by designing appropriate cooling paths and coolants. This was shown in terms of different heat convection coefficient in the calculation. Overall, current combination of software was shown to be an effective tool for the tool and process design of hot forming process, although the material modeler needs to be additionally verified by an appropriate set of high temperature materials test.
Experimental external collector type solar lumber dryer with $1.6m^2$ of collector area and $1.0m^3$ of maximum dryer capacity was designed and constructed to investigate the conditions inside and outside the dryer and collector. The efficiency of collector was calculated and numbers of drying-days and collector areas required to dry $0.2m^3$ and $1.0m^3$ of pine and oak at various an flow rate inside collector were estimated for eight cities in Korea. Average temperatures of collector-inlet and -outlet air and heat absorber were $52.5^{\circ}C$$57.9^{\circ}C$, and $71.1^{\circ}C$. respectively at 4m/sec of an flow rate inside collector on sunny day in summer. Overall heat transfer coefficient of collector was 4.875W/$m^2^{\circ}C $ and collector efficiency was 52%. Estimated numbers of drying-days required to dry $0.2m^3$ of pine and oak from 80% to 15% moisture content at various air flow rate inside collector were 38 and 66 days. respectively. Areas of collector required to dry $1.0m^3$ of lumber at desired safe drying rate were estimated as $13.7m^2$ for pine and $16.0m^2$ for oak.
This study is about the passive cooling effects of three outdoor solar shading facilities as trees, pergola with wistaria vine and membrane shading structure, which are expected to provide cool spots in the summer. Field observations of measuring thermal environment of selected facilities is executed. Thermal environment measuring was categorized as short wave radiation, long wave radiation, net radiation, globe temperature, surface temperature measured by infrared camera. Heat transfer mechanism is analyzed with overall data from field measurement. Results from this study are as below; 1) Radiation balance measured on shaded surface under membrane shading structure was 17%($86W/m^2$) of the unshaded surface radiation balance($511W/m^2$). 2) Surface temperature comparison between vegetation and membrane of the shading structure is performed at 3 o'clock in the afternoon. Surface temperature of vegetation was same as air temperature and that of membrane was $5^{\circ}C$ higher than air temperature. Vegetation transpiration is considered as the causing factor which make those differences. 3) Results from this study could be used as fundamental data for reducing heat island phenomena and continuos research on this subject would be needed.
Greenhouse crop production under critical summer climate In Korea has considerable difficulties because of high temperature and relative humidity. In this study, some water pipes were tested as a means of the dehumidification and increment of evaporative cooling efficiency. As a result of heat transfer characteristic analysis, overall heat transfer coefficient of copper pipe was larger than steel pipe, and estimated values were smaller than measured values. The condensed quantities of vapor were not significantly different between copper pipe and steel pipe, however dehumidifying effect by the water pipes was significantly large. It was estimated based on the results that the evaporative cooling system by the water pipe will be able to increase the evaporative cooling efficiency of about 48%, and decrease the temperature of about 1.3$^{\circ}C$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.9
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pp.1183-1192
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2001
The numerical simulation has been conducted for the investigation of flow and heat transfer characteristics of an oblique impingement jet injected to a flat plate. The finite volume method was used to discretize the governing equations based on the non-orthogonal coordinate with non-staggered variable arrangement. The $textsc{k}$-$\varepsilon$-ν(sup)'2 turbulence model was employed to consider the consider the anisotropic flow characteristics generated by the impingement jet flow. The predicted results were compared with the experimental data and those of the standard $textsc{k}$-$\varepsilon$ turbulence model. The results of the $textsc{k}$-$\varepsilon$-ν(sup)'2 model showed better agreement with the experimental data than those of the standard $textsc{k}$-$\varepsilon$ model. In order to get the optimum condition, the flow and temperature fields were calculated with a variation of inclined angle($\alpha$=30$^{\circ}$~90$^{\circ}$) and the distance between the jet exit and impingement plate-to-diameter (L/D=4~10) at a fixed Reynolds number(Re=20,000). For a small L/D, the near-peak Nusselt numbers were not significantly effected by the inclined angle. The near-peak Nusselt numbers were not significantly affected by the L/D in the case of a large $\alpha$. The overall shape of the local Nusselt numbers was influenced by both the jet orifice-to-plate spacing and the jet angle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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