Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.4
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pp.41-47
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2020
This study aims to develop eco-friendly propellant that reduce the generation of harmful gases such as HCl gas and increase the emmision of nitrogen gas emissions. For this purpose, GUDN(N-Guanylurea dinitramide) and BTATz(3,6-bis(1H-1,2,3,4-tetrazol-5-ylamino)-1,2,4,5-tetrazine), which are low carbon high nitrogen materials, were used instead of AP(Ammonium Perchlorate) and Al(Aluminium), which are gernerally used in solid propellant. The prepared propellants were analyzed for mechanical properties and combustion characteristics, performance and AGARD smoke classification. Compared with AP/Al propellant, GUDN/BTATz propellant tended to decrease mechanical and combustion rate. Also, as a result of the static test after the production of the 4-inch motor, the performance of combustion of the GUDN/BTATz propellant decreased, but it was confirmed that the secondary smoke was improved by reducing harmful gases such as HCl gas.
This work examined the effect of mixing transition metal-based additives [FeCl3, Fe-containing paper mill sludge (PMS), CoCl2·H2O, ZrO2, and α-Fe2O3] on the thermochemical conversion of coffee waste (CW) in carbon dioxide-assisted pyrolysis process. Compared to the generation amounts of syngas (0.7 mole% H2 & 3.0 mole% CO) at 700℃ from single pyrolysis of CW, co-pyrolysis in the presence of Fe- or Zr-based additives resulted in the enhanced production of syngas, with the measured concentrations of H2 and CO ranging 1.1-3.4 mole% and 4.6-13.2 mole% at the same temperature, respectively. In addition, α-Fe2O3 biochar possessed the adsorption capacity of As(V) (19.3 mg g-1) comparable to that of ZrO2-biochar (21.2 mg g-1). In conclusion, solid-type Fe-based additive can be highly considered as an efficient catalyst to simultaneously produce syngas (H2 & CO) as fuel energy resource and metal-biochar as sorbent.
The major drawback of zirconia-based materials, in view of their applications as targets for minor actinide transmutation, is their poor thermal conductivity. The addition of MgO, which has high thermal conductivity, to zirconia-based materials is expected to improve their thermal conductivity. On these grounds, the present study aims at phase characterization and thermophysical property evaluation of neodymium-substituted zirconia (Zr0.8Nd0.2O1.9; using Nd2O3 as a surrogate for Am2O3) and its composites with MgO. The composite was prepared by a solid-state reaction of Zr0.8Nd0.2O1.9 (synthesized by gel combustion) and commercial MgO powders at 1773 K. Phase characterization was carried out by X-ray diffraction and the microstructural investigation was performed using a scanning electron microscope equipped with energy dispersive spectroscopy. The linear thermal expansion coefficient of Zr0.8Nd0.2O1.9 increases upon composite formation with MgO, which is attributed to a higher thermal expansivity of MgO. Similarly, specific heat also increases with the addition of MgO to Zr0.8Nd0.2O1.9. Thermal conductivity was calculated from measured thermal diffusivity, temperature-dependent density and specific heat values. Thermal conductivity of Zr0.8Nd0.2O1.9-MgO (50 wt%) composite is more than that of typical UO2 fuel, supporting the potential of Zr0.8Nd0.2O1.9-MgO composites as target materials for minor actinides transmutation.
Effect of interconnect structure on the cell performance in anode-supported tubular solid oxide fuel cell (SOFC) has been investigated in this study, employing the Fluent CFD solver. For the robust and reliable theoretical analysis corroborating experimental results, it is of great importance to elucidate the role of interconnect which is electrically connected with electrodes on the cell characteristics. From the fact that the thin interconnect provides the enhanced cell performance, it is revealed that the interconnect thickness is a key parameter that is able to effectively control the ohmic resistance. Under the constant thickness condition, the cell performance does not considerably change with the variation of interconnect width. This is because the current passage along with circumferential direction is not effectively altered by the change of interconnect width in tubular SOFC system.
Seong-Ju Kim;Sung-Jin Park;Sung-Ho Jo;Se-Hwa Hong;Yong-Il Mun;Tae-Young Mun
New & Renewable Energy
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v.19
no.1
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pp.1-11
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2023
A large amount of carbon monoxide (CO) is generated in circulating fluidized bed combustion, the process whereby a hot cyclone separates unburned fuel. However, calcium sulfate (CaSO4), when combined with a high CO content, can cause fouling on the surface of the steam tube installed inside the integrated recycle heat exchangers (INTREX). In this study, CaSO4 decomposition was investigated using 0.2-3.2 vol.% CO and 1-3 vol.% oxygen (O2) at 850℃ for 20 min in a lab-scale fluidized bed reactor. The results show that CaSO4 decomposes into CaS and CaO when CO gas is supplied, and SO2 emissions increase from 135 ppm to 1021 ppm with increasing CO concentration. However, the O2 supply delayed SO2 emissions because the reaction between CO and O2 is faster than that of CaSO4; nevertheless, when supplied with CaCO3, the intermediate product, SO2 was significantly released, regardless of the CO and O2 supply. In addition, agglomerated solids and yellow sulfur power were observed after solid recovery, and the reactor distributor was corroded. Consequently, a sufficient O2 supply is important and can prevent fouling formation on the INTREX surface by suppressing CaSO4 degradation.
S. Sivakumar;R. Prakash;S. Srividhya;A.S. Vijay Vikram
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.3
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pp.221-229
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2023
Urbanization and industrialization have significantly increased the amount of solid waste produced in recent decades, posing considerable disposal problems and environmental burdens. The practice of waste utilization in concrete has gained popularity among construction practitioners and researchers for the efficient use of resources and the transition to the circular economy in construction. This study employed Lytag aggregate, an environmentally friendly pulverized fuel ash-based lightweight aggregate, as a substitute for natural coarse aggregate. At the same time, fly ash, an industrial by-product, was used as a partial substitute for cement. Concrete mix M20 was experimented with using fly ash and Lytag lightweight aggregate. The percentages of fly ash that make up the replacements were 5%, 10%, 15%, 20%, and 25%. The Compressive Strength (CS), Split Tensile Strength (STS), and deflection were discovered at these percentages after 56 days of testing. The concrete cube, cylinder, and beam specimens were examined in the explorations, as mentioned earlier. The results indicate that a 10% substitution of cement with fly ash and a replacement of coarse aggregate with Lytag lightweight aggregate produced concrete that performed well in terms of mechanical properties and deflection. The cementitious composites have varying characteristics as the environment changes. Therefore, understanding their mechanical properties are crucial for safety reasons. CS, STS, and deflection are the essential property of concrete. Machine learning (ML) approaches have been necessary to predict the CS of concrete. The Artificial Fish Swarm Optimization (AFSO), Particle Swarm Optimization (PSO), and Harmony Search (HS) algorithms were investigated for the prediction of outcomes. This work deftly explains the tremendous AFSO technique, which achieves the precise ideal values of the weights in the model to crown the mathematical modeling technique. This has been proved by the minimum, maximum, and sample median, and the first and third quartiles were used as the basis for a boxplot through the standardized method of showing the dataset. It graphically displays the quantitative value distribution of a field. The correlation matrix and confidence interval were represented graphically using the corrupt method.
Jian Li;Jing Zhao;Zhihong Liu;Ding She;Heng Xie;Lei Shi
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.1
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pp.147-159
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2024
Plutonium-238 has always been considered as the one of the promising radioisotopes for space nuclear power supply, which has long half-life, low radiation protection level, high power density, and stable fuel form at high temperatures. The industrial-scale production of 238Pu mainly depends on irradiating solid 237NpO2 target in high flux reactors, however the production process faces problems such as large fission loss and high requirements for product quality control. In this paper, a conceptual design study of producing 238Pu in a multi-purpose high flux reactor was evaluated and analyzed, which includes a sensitivity analysis on 238Pu production and a further study on the irradiation scheme. It demonstrated that the target structure and its location in the reactor, as well as the operation scheme has an impact on 238Pu amount and product quality. Furthermore, the production efficiency could be improved by optimizing target material concentration, target locations in the core and reflector. This work provides technical support for irradiation production of 238Pu in high flux reactors.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.9
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pp.961-972
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2008
In 2004, total emissions of Greenhouse Gases(GHGs) in Korea was estimated to be about 590 million metric tons, which is the world's 10th largest emissions. Considering the much amount of nation's GHG emissions and growing nation's position in the world, GHG emissions in Korea should be reduced in near future. The CO$_2$ emissions from two sub-sections of energy sector in Korea, such as thermal power plant and industry section(including manufacturing and construction industries), was about 300 million metric tons in 2004 and this is 53.3% of total GHG emissions in Korea. So, the mitigation of CO$_2$ emissions in these two section is more important and more effective to reduce the nation's total GHGs than any other fields. In addition, these two section have high potential to qualitatively and effectively apply the CCS(Carbon Capture and Storage) technologies due to the nature of their process. There are several CCS technologies applied to these two section. In short term, the chemical absorption technology using amine as a absorbent could be the most effectively used. In middle or long term, pre-combustion technology equipped with ATR(Autothermal reforming), or MSR-$H_2$(Methane steam reformer with hydrogen separation membrane reactor) unit and oxyfuel combustion such as SOFC+GT(Solid oxide fuel cell-Gas turbine) process would be the promising technologies to reduce the CO$_2$ emissions in two areas. It is expected that these advanced CCS technologies can reduce the CO$_2$ avoidance cost to $US 8.5-43.5/tCO$_2$. Using the CCS technologies, if the CO$_2$ emissions from two sub-sections of energy sector could be reduced to even 10% of total emissions, the amount of 30 million metric tons of CO$_2$ could be mitigated.
We fabricated mixed ionic-electronic conducting membranes, $CH_4\;Using\;{0.7}Sr_{0.3}Ga_{0.6}Fe_{0.4}O_{3-\delta}$, by solid state reaction method for solid oxide fuel cell. The membranes consisted of single perovskite phase and exhibited high relative density, $>95\%$. We coated $La_{0.6}Sr_{0.4}CoO_{3-\delta}$ layer using screen printing method in order to improve surface reactivity of the $La_{0.7}Sr_{0.3}Ga_{0.6}Fe_{0.4}O_{3-\delta}$. As a result, the oxygen permeation flux of the coated $La_{0.7}Sr_{0.3}Ga_{0.6}Fe_{0.4}O_{3-\delta}$ showed higher value, $0.5ml/min{\cdot}cm^2\;at\;950^{\circ}C$ than the uncoated one. Higher oxygen permeation was observed in the porously coated Lao $La_{0.7}Sr_{0.3}Ga_{0.6}Fe_{0.4}O_{3-\delta}$membranes with larger grain sizes. Syngas, $CO+H_2$, was successfully obtained from methane gas, $CH_4$, using the $La_{0.6}Sr_{0.4}CoO_{3-\delta}$ coated $La_{0.7}Sr_{0.3}Ga_{0.6}Fe_{0.4}O_{3-\delta}$, with over $40\%\;of\;CH_4$ conversion and syngas yield. $La_{0.7}Sr_{0.3}Ga_{0.6}Fe_{0.4}O_{3-\delta}$ membrane was stable even when it was exposed to the reducing environment, methane, for 600 hrs at $950^{\circ}C$.
The LSCF cathode far Solid Oxide Fuel Cell was investigated to develop high performance unit cell at intermediate temperature by modified oxalate method with different electrolytes and different pH. The LSCF powders employed La, Sr, Co and Fe oxides, oxalic acid, ethanol and $NH_4OH$ solution were synthesized with pH controlled as 2, 6, 7, 8, 9 and 10 at $80^{\circ}C$ Single crystalline phase was obtained from pH $2{\sim}9$. on the other hand, $La_2O_3$ appeared from pH 10. Very fine powder with particle size of 50 nm was obtained at calcination temperature of $800^{\circ}C$ for 4 hours. LSCF cathode synthesized at pH 7 showed the highest electric conductivity in the temperature range of $600^{\circ}C$ to $900^{\circ}C$ its value was 950 S/cm at $900^{\circ}C$ Under same synthesis conditions, polarization resistance of each LSCF cathode was changed with different calcination temperatures. As-prepared powder presented 2.52, 1.54 and $2.58\;{\Omega}$ at $600^{\circ}C$ with ScSZ, 8Y-YSZ and GDC as its electrolyte respectively after calcination at $800^{\circ}C$ for 4 hours.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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