The layout of the cathode flow field largely determines the net output power of the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). To make the normal mass transfer effect best, the longitudinal channel was waved based on four serpentine flow channels, and the effects of sag depth and longitudinal channel width on the output efficiency of the cell were explored. The results show that the wave channel design systematically enhances the forced convection between adjacent channels, which can prevent a large zone of oxygen starvation zone at the outlet of the channel. The increase of the normal velocity in the gas transmission process will inevitably induce a significant enhancement of the mass transfer effect and obtain a higher current density in the reaction zone. For the longitudinal channel width, it is found that increasing its size in the effective range can greatly reduce the channel pressure drop without reducing the output power, thereby improving the overall efficiency. When the sag depth and longitudinal channel width gradient are 0.6 mm and 0.2 mm respectively, PEMFC can obtain the best comprehensive performance.
Seo, Dong-Kyun;Lee, Sun-Ki;Song, Soon-Ho;Hwang, Jung-Ho
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2007.11a
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pp.417-423
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2007
Oxy-gasification or oxygen-blown gasification, enables a clean and efficient use of coal and opens a promising way to CO2 capture. The coal gasification process of a slurry feed type, entrained-flow coal gasifier was numerically predicted in this paper. The purposes of this study are to develop an evaluation technique for design and performance optimization of coal gasifiers using a numerical simulation technique, and to confirm the validity of the model. By dividing the complicated coal gasification process into several simplified stages such as slurry evaporation, coal devolatilization, mixture fraction model and two-phase reactions coupled with turbulent flow and two-phase heat transfer, a comprehensive numerical model was constructed to simulate the coal gasification process. The influence of turbulence on the gas properties was taken into account by the PDF (Probability Density Function) model. A numerical simulation with the coal gasification model is performed on the Conoco-Philips type gasifier for IGCC plant. Gas temperature distribution and product gas composition are also presented. Numerical computations were performed to assess the effect of variation in oxygen to coal ratio and steam to coal ratio on reactive flow field. The concentration of major products, CO and H2 were calculated with varying oxygen to coal ratio (0.2-1.5) and steam to coal ratio(0.3-0.7). To verify the validity of predictions, predicted values of CO and H2 concentrations at the exit of the gasifier were compared with previous work of the same geometry and operating points. Predictions showed that the CO and H2 concentration increased gradually to its maximum value with increasing oxygen-coal and hydrogen-coal ratio and decreased. When the oxygen-coal ratio was between 0.8 and 1.2, and the steam-coal ratio was between 0.4 and 0.5, high values of CO and H2 were obtained. This study also deals with the comparison of CFD (Computational Flow Dynamics) and STATNJAN results which consider the objective gasifier as chemical equilibrium to know the effect of flow on objective gasifier compared to equilibrium. This study makes objective gasifier divided into a few ranges to study the evolution of the gasification locally. By this method, we can find that there are characteristics in the each scope divided.
A flow channel shape of PEMFC has an influence on the internal flow uniformity. If the reactant distribution in a flow path is not uniform during operation, both catalyst deactivation and mechanical damage of membrane could occur resulting in decreasing the membrane electrode assembly (MEA) durability. Numerous studies concerning flow design have been conducted to make smooth supply and uniform distribution of reactants in fuel cells. The baffle of flow path could improve fuel cell performance through the forced convection effect. A sub-channel, as an additional air flow path, could increase the reactant concentration and reduce the mass transfer loss via a smooth water discharge. In this study, computational fluid dynamics (CFD) was used to analyze the effect of blocks and sub-channels on the current density and oxygen concentration of the fuel cell. As a result, the limit current density and oxygen concentration at a rear block increased when using blocks and sub-channels in a flow channel. In particular, the current density increased significantly when the sub-channel was placed between two blocks. Also, the sub-channel position was optimized by analyzing the oxygen concentration, and the oxygen concentration was recovered at a rear block in the fuel cell.
Moon, Seung Jae;Kim, Young Jun;Kang, Du Ru;Lee, So Youn;Kim, Jong Hak
Membrane Journal
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v.32
no.1
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pp.43-49
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2022
Solid-state supercapacitors with high safety and robust mechanical properties are attracting global attention as next-generation energy storage devices. As an electrode of a supercapacitor, an economical carbon-based electrode is widely used. However, when an aqueous electrolyte is introduced, the charge transfer resistance increases because the interfacial contact between the hydrophobic electrode surface and aqueous electrolyte is not good. In this regard, we propose a method to obtain higher electrochemical performance based on improved interfacial properties by treating the electrode surface with oxygen plasma. The surface hydrophilization induced by the enriched oxygen functionalities was confirmed by the contact angle measurement. As a result, the degree of hydrophilization was easily adjusted by controlling the power and duration of the oxygen plasma treatment. As the electrolyte of the supercapacitor, PVA/H3PO4, which is a typical solid-state aqueous electrolyte, was used. Free-standing membranes of PVA/H3PO4 electrolyte were prepared and then pressed onto the electrode. The optimal condition was to perform oxygen plasma treatment for 5 seconds with a low power of 15 W, and the energy density of the supercapacitor increased by about 8%.
As an ozone contactor, we newly adopted HJLR (High-performance Jet Loop Reactor) for the decolorization of Reactive black 5 and the mineralization of oxalic acid, which has been applied exclusively in biological wastewater treatments and well-known for high oxygen transfer characteristics. The ozonation efficiency for organic removals and ozone utilization depending on the mass transfer rate were compared to those of Stirred bubble column reactor, which was controlled by varing energy input in the HJLR and Stirred bubble column reactor. The results were as follows; first, the decolorization rate of Reactive black 5 in the HJLR reactor was nearly proportional to the increasing $k_La$. When the $k_La$ was increased by 25 % from $13.0hr^{-1}$ to $16.4hr^{-1}$, 30 % of the k' (apparent reaction rate constant) was increased from 0.1966 to $0.2665min^{-1}$ (Stirred bubble column; from 0.1790 to $0.2564min^{-1}$). Ozone transfer was found to be a rate-determining step in decolorizing Reactive black 5, which was supported by that no residual ozone was detected in all of the experiments. Second, the mineralization of oxalic acid was not always proportional to the increasing $k_La$ in the RJLR reactor. The rate-determining step for this reaction was OH(OH radical) production with ozone transfer, because residual ozone was always detected during the ozonation of oxalic acid in contrast with Reactive black 5. This result indicates that the increase of $k_La$ in the HJLR reactor is beneficial only when there are in ozone transfer limited regions. In addition, regardless of $k_La$, the mineralization of oxalic acid was nearly accomplished within 60 minutes. It was interpreted as that the longer staying of residual ozone by whirling liquid in the HJLR reactor contributed to an high ozone utilization(83-94%), producing more OR radicals.
In this study, the relations of the wall thermal conductivity and surface temperature in a compartment fire are investigated using Buckingham Pi theorem. The dimensionless parameters of the previous study are analyzed in order to correlate the dimensionless groups of the heat release rate, the thermal conductivity, the volume of compartment and the convective heat transfer coefficient. In addition the reduced scale of compartment, which has 1/6 size of ISO 9705 Room Corner Tester, is manufactured and the oxygen concentration and the maximum temperature in the space are measured for the gasoline pool fire ($10cm{\times}10cm$, $15cm{\times}15cm$ and $20cm{\times}20cm$). Finally, the criterion of the wall temperature increase are suggested in accordance with the thermal conductivity and the convective heat transfer coefficient. In addition, the dimensionless empirical equation using Buckingham Pi theorem considering the heat release rate are presented suggested. The results of this study will be useful especially for the fire phenomenon investigation of the wall thermal conductivity coefficient and shape in the compartment space.
Lee Jung-Pyo;Kim Soo-Jong;Lee Seung-Chul;Kim Jin-Kon
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.05a
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pp.246-250
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2006
In general, combustion characteristic of hybrid propulsion was shown with the regression rate depending on only massflow rate of oxidizer But this empirical relation was not represented well effect of the thermo-chemical properties of solid fuel. So, in this study, the combustion characteristics was studied with the mass transfer number(B number) of solid fuel instead of regression rate with various fuel. The PMMA, PP, and PE were used as fuel, and gas oxygen as oxidizer in this experiment. The mass flowrate of gas oxigen was controlled by the several chocked orifices that have different diameter, and the oxidizer supply range was $3.66\sim45.3g/sec$. As result, the empirical relation for mass flux of solid fuel was obtained with mass transfer number, and mass flux of oxidizer as follow; $\dot{m}^{'}_f\;=\;0.0175G^{0.55}B^{0.4}$.
The preventive effects of gene transfer of human copper/zinc superoxide dismutase (Cu/ZnSOD) on the development of cerebral vasospasm after subarachnoid hemorrhage (SAH) were examined usin a rat model of SAH. An experimental SAH was produced by injecting autologous arterial blood twice into the cisterna magna, and the changes in the diameter of the middle cerebral artery (MCA) were measured. Rats subjected to SAH exhibited a decreased diameter with an increased wall thickness of MCA that were significantly ameliorated by pretreatment with diphenyleneiodonium (DPI, $10{\mu}M$), an inhibitor of NAD(P)H oxidase. Furthermore, application of recombinant adenovirus ($100{\mu}l$ of $1{\times}10^{10}$ pfu/ml, intracisternally), which encodes human Cu/ZnSOD, 3 days before SAH prevented the development of SAH-induced vasospasm. Our findings demonstrate that SAH-induced cerebral vasospasm is closely related with NAD(P)H oxidase-derived reactive oxygen species, and these alterations can be prevented by the recombinant adenovirus-mediated transfer of human Cu/ZnSOD gene to the cerebral vasculature.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.6
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pp.3403-3409
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2014
Hot-firing tests were carried out using a mixing head with 19 swirl coaxial injectors and a combustion chamber with internal cooling channels. The propellants of liquid oxygen and kerosene(Jet A-1) were burned in a range of chamber pressures (59~82 bar) and mixture ratios (2.0~3.0). The temperature of water used as the cooling fluid was measured at the inlet and outlet of the cooling channels, and the heat flux was calculated. The aim of this study was to examine the effect of combustion instability on heat transfer in a subscale thrust chamber, and detect the temperature variation of cooling water. During several hot-firing tests, combustion instability was encountered which caused a 5~20% increase in heat flux. The peak heat flux took place in the initial stages of combustion instability.
Background This study was designed to introduce the feasibility of toe tissue transfer without venous outflow for fingertip reconstruction. Methods Five cases of fingertip defects were treated successfully with this method. Four cases were traumatic fingertip defects, and one case was a hook-nail deformity. The lateral pulp of a great toe or medioinferior portion of a second toe was used as the donor site. An arterial pedicle was dissected only within the digit and anastomosis was performed within 2 cm around the defect margin. The digital nerve was repaired simultaneously. No additional dissection of the dorsal or volar pulp vein was performed in either the donor or recipient sites. Other surgical procedures were performed following conventional techniques. Postoperative venous congestion was monitored with pulp temperature, color, and degree of tissue oxygen saturation. Venous congestion was decompressed with a needle-puncture method intermittently, but did not require continuous external bleeding for salvage. Results Venous congestion was observed in all the flaps, but improved within 3 or 4 days postoperatively. The flap size was from $1.5{\times}1.5cm^2$ to $2.0{\times}3.0cm^2$. The mean surgical time was 2 hours and 20 minutes. A needle puncture was carried out every 2 hours during the first postoperative day, and then every 4 hours thereafter. The amount of blood loss during each puncture procedure was less than 0.2 mL. In the long-term follow-up, no flap atrophy was observed. Conclusions When used properly, the free toe tissue transfer without venous anastomosis method can be a treatment option for small defects on the fingertip area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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