Wall thinning of pipeline in power plants occurs mainly by flow acceleration corrosion (FAC), cavitation erosion (C/E), liquid droplet impingement erosion (LDIE). Wall thinning by FAC and C/E has been well investigated; however, LDIE in plant industries has rarely been studied due to the experimental difficulty of setting up a long injection of highly-pressurized air. In this study, we designed a long-term experimental system for LDIE and investigate the behavior of LDIE for three kinds of materials (A106B, SS400, A6061). The main control parameter was the air-water ratio (${\alpha}$), which was defined as the volumetric ratio of water to air (0.79, 1.00, 1.72). In order to clearly understand LDIE, the spraying velocity (${\nu}$) of liquid droplets was controled larger then 160 m/s and the experiments were performed for 15 days. Therefore, this research focuses relation between erosion rate and air-water ratio on the various pipe-flow materials. NPP(nuclear power plant)'s LDIE prediction theory and management technique were drawn from the obtained data.
Liquid fossil fuel contaminated by water can cause trouble in the combustion processes and affect the endurance of a combustion system. Using an optical sensor to monitor the water content instantaneously in a fuel pipeline is an effective means of controlling the fuel quality in a combustion system. In two component liquid flows of oil and water, the flow pattern and characteristics of water droplets are changed with various flow conditions. Additionally, the light scattering of the optical sensor measuring the water content is also dependent on the flow patterns and droplet characteristics. Therefore, it is important to investigate the detailed behavior of water droplets in the pipeline of the fuel transportation system. In this study, the flow patterns and characteristics of water droplets in the turbulent pipe flow of two component liquids of gasoline and water were investigated using optical measurements. The dispersion of water droplets in the gasoline flow was visualized, and the size and velocity distributions of water droplets were simultaneously measured by the phase Doppler technique. The Reynolds number of the gasoline pipe flow varied in the range of $4{\times}10^{4}\;to\;1{\times}10^{3}$, and the water content varied in the range of 50 ppm to 300 ppm. The water droplets were spherical and dispersed homogeneously in all variables of this experiment. The velocity of water droplets was not dependent on the droplet size and the mean velocity of droplets was equal to that of the gasoline flow. The mean diameter of water droplets decreased and the number density increased with the Reynolds number of the gasoline flow.
We have conducted three experiments to develop a fertilizer-dissolving apparatus used in fertigation or hydroponics cultivation in order to decrease the fertilizer dissolving time and labor input via automation. All of the experiments were conducted twice. In the first experiment, four selected treatments were tested to dissolve fertilizers rapidly. The first treatment was to dissolve fertilizer by spraying water with a submerged water pump, placed in the nutrient solution tank. The water was sprayed onto fertilizer, which is dissolved and filtered through the hemp cloth mounted on the upper part of the nutrient solution tank (Spray). The second treatment was to install a propeller on the bottom of the nutrient solution tank (Propeller). The third treatment was to produce a water stream with a submerged water pump, located at the bottom of the tank (Submerged). Finally, the fourth treatment was to produce an air stream through air pipes with an air compressor located at the bottom of the tank (Airflow). The Spray treatment was found to take the shortest time to dissolve fertilizer, yet it was inconvenient to implement and manage after installation. The Airflow treatment was thought to be the best method in terms of the time to dissolve, labor input, and automation. In the second experiment, Airflow treatment was investigated in more detail. In order to determine the optimal number of air pipe arms and their specification, different versions of 6- and 8-arm air pipe systems were evaluated. The apparatus with 6 arms (Arm-6) that was made of light density polyethylene was determined to be the best system, evaluated on its time to dissolve fertilizer, easiness to use regardless of the lid size of the tank, and easiness to produce and install. In the third experiment, the Submerged and Arm-6 treatments were compared for their dissolving time and economics. Arm-6 treatment decreased the dissolving time by 8 times and proved to be very economic. In addition, dissolving characteristics were investigated for $KNO_3$, $Ca(NO_3)_2{\cdot}4H_2O$, and Fe-EDTA.
In this study, the cooling performance of a liquid CPU cooler using the water/propylene glycol(PG)-based $Al_2O_3$ nanofluids is experimentally investigated. Water/PG-based $Al_2O_3$ nanofluids are manufactured by two-step method with ultrasonic energy for 10 hours. The volume fractions of the nanofluids are 0.25% and 0.35%. Thermal conductivity and viscosity of the nanofluids are measured to theoretically predict the thermal performance of the liquid CPU cooler using performance factor. Performance factor results indicate that the cooling performance of the liquid CPU cooler can be improved using the manufactured nanofluids. To evaluate the cooling performance of the liquid CPU cooler experimentally, temperature differences between ambient air and heater are measured for base fluid and nanofluids respectively. Based on the results, it is shown that performance of the liquid CPU cooler using $Al_2O_3$ nanofluids is improved maximum up to 8.6% at 0.25 Vol.%.
In this study, we prepare the Ag nanofluids synthesized by the chemical reduction method and measure the extinction coefficient of those nanofluids at a wavelength of 632.8 nm. The Ag nanofluids are synthesized by the chemical reduction method using silver nitrate ($AgNO_3$) and sodium borohydride ($NaBH_4$) in water and ethylene glycol (EG). For stable dispersion of Ag particles in the base liquids, polyvinyl pyrrolidone (PVP) is added as a surfactant. The extinction coefficient of manufactured Ag nanofluids is measured by an in-house developed measurement system at the wavelength of 632.8 nm. The results show that the extinction coefficient of water-based and EG-based Ag nanofluids is linearly increased with respect to the particle loadings. Moreover, it is shown that the extinction coefficient of EG-based Ag nanofludis is higher than that of water-based Ag nanofluids. Finally we compare the experimental results with both the Maxwell-Garnett model and Rayleigh scattering approximation model, and they demonstrate that the Rayleigh scattering approximation model is reasonably predict the extinction coefficient of Ag nanofluids using hydraulic diameter of silver nanoparticle.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.4
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pp.287-299
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2016
In China, agricultural irrigation water often contains a lot of suspended sediment which may cause the nozzle wear. In this study, a new numerical simulation combing the Discrete Phase Model and a remeshing algorithm was conducted. The geometric boundary deformation caused by the erosion wear, was considered. The weight loss of the nozzle, the node displacement and the flow field were investigated and discussed. The timestep sensitivity analysis showed that the timestep is very critical in the erosion modeling due to the randomness and the discreteness of the erosion behavior. Based on the simulation results, the major deformation of the boundary wall due to the erosion was found at the corners between outlet portion and contraction portion. Based on this remeshing algorithm, the simulated erosion weight loss of the nozzle is 4.62% less compared with the case without boundary deformation. The boundary deformation changes the pressure and velocity distribution, and eventually changes the sediment distribution inside the nozzle. The average turbulence kinetic energy at the outlet orifice is found to decrease with the erosion time, which is believed to change the nozzle's spray performance eventually.
In this study, the mechanisms of binary droplet collision were studied with diesel, ethanol and purified water. The droplet collisions of liquid droplet have been investigated for the same droplet diameter. In order to obtain the digital images of the droplet collision behavior, the experimental equipment was composed of the droplet generating system and the droplet visualization system. The droplets were produced by the vibrating orifice monodisperse generator. The visualization system consisted of a long distance microscope, a light source, and a high speed camera. The outcomes of binary droplet collision can be divided into four regimes, bouncing, coalescence, reflexive separation and stretching separation. The impact angle and the relative velocity of binary droplet are main parameters of collision phenomena, so the transition mechanism of droplet collision can be divided by the impact parameter.
A charged droplet scrubber was introduced to remove visible smokes generated in many industrial facilities. Lab-scale and field tests were conducted in this study. The system consists of a corona discharger to effectively charge the fine particles, fellowed by an electrostatic chamber to promote coagulation between charged fine particles and oppositely charged droplets and a demister to remove resultant particles. Overall collection efficiency, 98.4% was obtained from a lab-scale test, when a high voltage was applied to an ionizer and a charged droplet scrubber. Field tests also show the high collection efficiencies, 93.5% with one stage and 99.4% with two stage system. This system can be used to increase the collection efficiency of the conventional air pollution control devices to satisfy the national emission standard.
To investigate characteristics and micro-explosion of single-droplets of emulsified fuel, water is mixed with diesel oil by using ultrasonic energy fuel feeding system. The fuel characteristics is analysed through H-NMR spectrum and micro-explosion phenomena of the emulsified fuel is also investigated. The life times of droplets of conventional diesel fuel, ultrasonic energy added diesel fuel and emulsified fuel we obtained additionally. According to this study, the micro-explosion phenomena of single-droplets happen in atmospheric pressure condition, a curve form of emulsified fuel's life tim is different from diesel fuel's one and the change of chemical structures is a cause of ultrasonic-energy-added diesel fuel effect.
In the present study, experiments on the film boiling of liquid droplets on oxidized copper surface was conducted. The shape of pure water droplets was observed, and the evaporation rate of them was measured during the film boiling evaporation process. The droplet of initial volume 16 ~ 30 µl was applied onto the oxidized copper surface heated up to 300 ~ 500℃, then the shape of the droplet was analyzed during the film boiling evaporation. Experimental results showed that there was good correlation between dimensionless volume and dimensionless time. However, a significant difference in evaporation rate for small and large droplets discussed in previous study was not found.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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