Exploring the basic concepts for the design of CO2-philic molecules is important due to the possibility for “green” chemistry in supercritical CO2 as substitute solvent systems. The Lewis acid-base interactions and C?H…O weak hydrogen bonding were suggested as two key factors for the solubility of CO2-philic molecules. We have performed high level quantum mechanical calculations for the van der Waals complexes of CO2 with trimethylphosphate and trimethylphosphine oxide, which have long been used for metal extractants in supercritical CO2 fluid. Structures and energies were calculated using the MP2/6-31+G(d) and recently developed multilevel methods. These studies indicate that the Lewis acid-base interactions have larger impact on the stability of structure than the C?H…O weak hydrogen bonding. The weak hydrogen bonds in trimethylphosphine oxide have an important role to the large supercritical CO2 solubility when a metal is bound to the oxygen atom of the P=O group. Trimethylphosphate has many Lewis acid-base interaction sites so that it can be dissolved into supercritical CO2 easily even when it has metal ion on the oxygen atom of the P=O group, which is indispensable for a good extractant.
The solubility of N,N'-Bis(salicylidene) ethylenediamine (n-salen) and N,N'-bis(3,5-di-tert-butylsalicylidene) ethylenediamine (t-butyl-salen) was studied with in-situ UV-VIS spectrometer. n-Salen is 3-5 times more soluble than t-butyl-salen in liquid or supercritical $CO_2$. This behavior may be attributed to Lewis acid-base interaction between salen and $CO_2$. The chelation of salen with $Co^{++}$ ion in supercritical condition was confirmed to be fast enough above room temperature. However, the metal ion extraction capability of t-butyl salen is relatively poor because of its low solubility and ionic nature of complex.
Printed Circuit Heat Exchanger (PCHE) is a widely used heat exchanger in the supercritical carbon dioxide (sCO2) Brayton cycle because it can work under high temperature and pressure, and has been a hot topic in Next Generation Nuclear Plant (NGNP) projects for use as recuperators and condensers. Most previous studies focused on channel structures or shapes. However, no clear advancement has so far been seen in the allover size of the PCHE. In this paper, we proposed an optimal size of the PCHE with a fixed volume. Two boundary conditions of PCHE were simulated, respectively. When the volume of PCHE was fixed, the heat transfer rate and pressure loss were picked as the optimization objectives. The Pareto front was obtained by the Multi-objective optimization procedure. We got the optimized number of PCHE channels under two different boundary conditions from the Pareto front. The comprehensive performance can be increased by 5.3% while holding in the same volume. The numerical results from this study can be used to improve the design of PCHE with straight channels.
시멘트(KS-1 보통 포틀랜드와, Class G)을 이용하여, 시멘트-초임계CO2 반응실험과 반응 전/후 시료의 절대투수율 및 강도를 측정하였다. 시멘트 시료는 W/S (Water/Solid)와 fly ash 첨가량을 조절하여 제작하였다. 반응 전 시료의 투수율은 0.009~0.025 mD, 초임계CO2와 100일간 반응 한 시료의 투수율은 0.11~0.29 mD의 범위로 각각 측정되었다. 반응 후 시료의 투수율이 높게 측정된 이유는, 반응 시료들이 겪은 응력해방으로 인해 균열이 발생하였기 때문이다. 그러나 측정된 투수율은 대부분의 시료에서 API가 추천하는 최대허용 투수율(=0.2 mD)보다 낮다. 초임CO2에 의한 시멘트 변질은 시료 전체가 아닌 시료의 가장자리에서 일정 두께로 시료의 내부로 발생하였다. 반응영역의 비커스 경도 값이 비반응영역의 것보다 훨씬 높게 측정되었다. 또한 대부분의 시료에서 반응영역 내에서 경도값이 증가한 후 감소하는 현상이 관찰 되었다. 경도값의 증가는 탄산화로 인한 밀도증가, 공극률 감소, 그리고 경도값 감소는 낮은 강도를 갖는 비정질 규산염수화물의 생성이 원인이다.
The nuclear reactor coupled with supercritical carbon dioxide (S-CO2) Brayton cycle has good prospects in generation IV reactors. Turbomachineries (turbine and compressor) are important work equipment in circulatory system, whose performances are critical to the efficiency of the energy conversion system. However, the sharp variations of S-CO2 thermophysical properties make turbomachinery performances more complex than that of traditional working fluids. Meanwhile, almost no systematic analysis has considered the effects of turbomachinery efficiency under different conditions. In this paper, an in-house code was developed to realize the geometric design and performance prediction of S-CO2 turbomachinery, and was coupled with systematic code for Brayton cycle characteristics analysis. The models and methodology adopted in calculation code were validated by experimental data. The effects of recompressed fraction, pressure and temperature on S-CO2 recompression Brayton cycle were studied based on detailed design of turbomachinery. The results demonstrate that the recompressed fraction affects the turbomachinery characteristic by changing the mass flow and effects the system performance eventually. By contrast, the turbomachinery efficiency is insensitive to variation in pressure and temperature due to almost constant mass flow. In addition, the S-CO2 thermophysical properties and the position of minimum temperature difference are significant influential factors of cyclic performance.
Ha, Ji-Hoon;Kim, Sunjung;Ryu, Dongsu;Kang, Hyesung
천문학회보
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제46권1호
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pp.36.2-36.2
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2021
In the outskirts of galaxy clusters, weak shocks with Ms < ~3 appear as radio relics where the synchrotron radiation is emitted from cosmic-ray (CR) electrons. To understand the production of CR electrons through the so-called diffusive shock acceleration (DSA), the electron injection into the DSA process at shocks in the hot intracluster medium (ICM) has to be described. However, the injection remains as an unsolved, outstanding problem. To explore this problem, 2D Particle-in-Cell (PIC) simulations were performed. In this talk, we present the electron preacceleration mechanism mediated by multi-scale plasma waves in the shock transition zone. In particular, we find that the electron preacceleration is effective only in the supercritical shocks, which have the sonic Mach number Ms > Mcrit ≈ 2.3 in the high-beta (β~100) plasma of the ICM, because the Alfven ion cyclotron instability operates and hence multi-scale plasma waves are induced only in such supercritical shocks. Our findings will help to understand the nature of radio relics in galaxy clusters.
본 연구는 콜라겐을 함유하는 지방흡입 유출물을 초임계 유체 존재 하에 처리하여 지방을 추출하여 콜라겐을 얻어 내는 기술에 대한 것이다. 초임계 용매를 이용하여 동물 유래 지방으로부터 단시간(약 6시간)에 콜라겐 추출물을 얻을 수 있었으며, 원료 대비 질량으로 대략 2~3%의 콜라겐을 얻을 수 있었다. 초임계 추출로 얻어진 추출물을 SDS-PAGE를 이용하여 콜라겐이 존재함을 확인하였고, 비교적 분자량이 큰 타입1 콜라겐임을 알 수 있었다. 또한, 초임계 추출에 의해서 얻어진 콜라겐 중에 어떤 성장인자 들이 있는 지 알아보기 위하여 IGF-1, bFGF, VEGF 및 NGF의 성장인자에 대해서 분석하였으며, 이들 성장인자 들이 추출물에 함유 되어 있음을 알 수 있었다. 초임계 처리 전, 후의 시료 mg 당 DNA함량은 큰차이를 보이지 않았다. 초임계 공정을 이용한 탈세포화 기술에 대해서는 보다 심도 깊은 추가적인 연구가 필요할 것 같다. 결론적으로 초임계유체를 이용한 용매추출 과정을 통하여 얻어진 세포외기질은 탈세포 및 탈지하여도 일정 함량 이상의 성장인자를 함유하여 생체적합성이 매우 증가될 뿐만 아니라, 조직의 재생을 빠르게 유도할 수 있음을 알 수 있었다.
본 논문은 포항지역 태양광 데이터를 기반으로 태양열을 적용시켜 12kW의 소형 초임계 이산화탄소(s-CO2) 시험 루프의 설계와 실험 시설의 이론적 연구, 안정화 및 최적화를 통한 이산화탄소의 특성 연구에 초점을 맞추고 있다. 실험 시설의 열역학 사이클은 구성 요소의 한계로 인해 액체, 가스 및 초임계 CO2가 모두 존재하는 랭킨 사이클(임계점 순환 주기)이며, 펌프, 히터, 레귤레이터, 열교환기, 가스 부스터, 에어 컴프레서 등으로 구성된다. 현재 본 연구에서 제작된 12kW 소형 발전 시스템은 최고압력 12MPa 최고 온도 70℃의 조건에서 6.98%의 효율이 나타나도록 설계되었다. 본 실험 장치를 소형 Brayton cycle과 비교했을 때 약 2% 높은 효율을 가진다는 것을 이론적으로 확인하였고, 사이클 효율을 높이기 위해 최적의 터빈 입구 온도와 압력을 얻었으며, 이 조건에서 IHX(내부 열교환기)의 도입시 18.75%의 최대 효율을 기대할 수 있다는 결론을 도출하였다. 마지막으로, 실험 설비의 태양광 시뮬레이션 결과 5월에는 6.7%, 6월에는 6.26%의 효율로 태양열을 이용할 수 있음을 확인하였다.
Liquid hydrogen (LH2) has a higher density than gaseous hydrogen, so it has high transport efficiency and can be stored at relatively low pressure. In order to use efficient bulk hydrogen in the industry, research for the LH2 supply system is needed. In the high-pressure hydrogen station based on LH2 currently being developed in Korea, a heat exchanger is used to heat up supercritical hydrogen at 700 bar and 60 K, which is pressurized by a cryogenic high-pressure pump, to gas hydrogen at 700 bar and 300 K. Accordingly, the heat exchanger used in the hydrogen station should consider the design of high-pressure tubes, miniaturization, and freezing prevention. A helical heat exchanger generates secondary flow due to the curvature characteristics of a curved tube and can be miniaturized compared to a straight one on the same heat transfer length. This paper evaluates the heat transfer performance through parametric study on the distance between coils, guide effect, and anti-icing design of helical heat exchanger. The helical heat exchanger has better heat transfer performance than the straight tube exchanger due to the influence of the secondary flow. When the distance between the coils is uniform, the heat transfer is enhanced. The guide between coils increases the heat transfer performance by increasing the heat transfer length of the shell side fluid. The freezing is observed around the inlet of distribution tube wall, and to solve this problem, an anti-icing structure and a modified operating condition are suggested.
Novel $CO_2$-soluble 8-hydroxyquinoline (8-HQ) chelating agents were synthesized and evaluated for solubility and metal ion extraction ability in supercritical $CO_2\;(Sc-CO_2)$. Among them, secondary amide-containing 8- HQ derivatives cannot be dispersed well into Sc-$CO_2$, but tertiary amide-containing derivatives can dissolve completely in Sc-$CO_2$ even at low CO2 pressures, perhaps owing to the predominant intermolecular interaction between the chelating agent and the $CO_2$ molecule. Based on 8-HQ chelating agent solubility data, we investigated the extraction of metal ions ($Co^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Sr^{2+}$, $Cd^{2+}$, and $Zn^{2+}$) using two highly $CO_2$-soluble 8-HQ derivatives (4d, 4e) in Sc-$CO_2$. The extraction efficiency of tertiary amide-containing 8-HQ ligands, both fluorinated and non-fluorinated forms, was dramatically increased in the presence of diethyl amine (organic base). We suggest that diethyl amine could play an important synergistic role in the stronger metal binding ability of 8-HQ through an in situ deprotonation reaction in Sc-$CO_2$ medium.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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