• 제목/요약/키워드: 상변화문제

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이동경계 문제 의 유한요소 해석

  • 민옥기
    • 기계저널
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    • 제24권4호
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    • pp.275-283
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    • 1984
  • 유한요소기법은 원만한 온도변화를 갖는 이동경계문제에 대해 적용할 수 있음을 설명하였다. 상변화가 일어나는 요소에서 어느 한 시간 단계에 변화할 수 있는 온도의 범위는 상변화 온도 구간 보다 적어야 원만한 수치해를 얻을 수 있음을 소개하였다. 잠열의 효과를 엔탈피의 온도에 대한 변화율로 처리하여 열용량 행렬을 계산할 수 있음을 설명하였다. 급격한 변화를 갖는 온 도분포를 수치적으로 근사해를 구할 때 나타나는 파동형상은 연속적인 변수를 부분적으로 근사 해를 가정 하는데서 포함되는 오차에 기인한다. 따라서 이러한 급격한 변화의 변수를 취급하는 기법이 요구된다. 상변화를 수반하는 이동경계문제는 물의 결빙금속의 열처리, 용접, 고체연료의 연소 등에서 많이 접하게 되나 전문적인 프로그램이 없으므로(저자가 조사한 바에 의하면) 온 도분포를 요구하는 문제에서는 이의 선결이 요망되고 있다. 특히 구조해석문제에서 시간에 따라 온도조건이 변화는 경우가 많아 온도분포에 대해 따로 계산하고 그 후 구조해석을 하는 방법이 있으나, 이는 상변화와 같은 물성의 큰 변화가 없는 경우에만 가능하다. 따라서 상변화가 있는 문제에서 열탄성(thermo-elasticity)이나 열탄소성(thermoelasto-plasticity)해석을 하기 위해서는 이동경계와 구조해석을 동시에 하여야 한다.

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온실보온(溫室保溫)을 위한 상변화(相變化) 물질(物質)의 축열특성연구(蓄熱特性硏究) (Study on the Thermal Storage Characteristics of Phase Change Materials for Greenhouse Heating)

  • 송현갑;유영선;김영복
    • 태양에너지
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    • 제13권2_3호
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    • pp.65-78
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    • 1993
  • 자연적인 기후조건하에서 농산물을 생산하는 재래식 농업으로부터 계절을 초월하는 시설 농업이 파생 발전함에 따라 태양에너지이외의 화석에너지 사용이 급증하고 있으며, 이로 인한 농산물 가격상승과 품질저 하는 물론이고, 농촌환경을 오염시키고 있다. 이와 같은 문제를 근원적으로 해결하기 위해서는 태양에너지 농업이용을 극대화 하여야 하며, 이를 실현하기 위해서는 동적이며, 순간적 공급의 특성을 갖는 태양에너지를 정적이며, 조절이용이 가능한 에너지로 전환하여야 한다. 이런 필요성에 부응하여 본 연구에서는 태양에너지를 저장할 수 있는 상변화 잠열재를 선택하였으며, 축열특성을 분석하므로서 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 유기 잠열재, $C_{28}H_{58}$은 안정된 물성을 가지고 있기 때문에 400 사이클의 상변화 후에도 열특성 변화가 없었으나, 무기 잠열재($CH_3COONa{\cdot}3H_2O,\;Na_2SO_4{\cdot}10H_2O$)는 불안정한 물성을 가지고 있기 때문에 조핵제와 농화제를 사용하여 $400{\sim}600$ 사이클의 상변화 후에 나타나는 열특성 변화를 최소화 하였다. 잠열량이 최대가 되는 결정핵의 임계반경을 수식으로 정리하므로서 잠열량 감소현상을 억제할 수 있는 방법을 찾는데 도움을 줄 수 있었다. 유기 잠열재, $C_{28}H_{58}$의 상변화 온도는 $62^{\circ}C$였으며, 잠열량은 $50{\sim}52$ kcal/kg이었고, 고상비열, $C_{ps}$$0.572{\sim}0.750kcal/kg^{\circ}C$였으며, 액상비열, $C_{pL}$$0.540{\sim}0.690kcal/kg^{\circ}C$였다. 무기 잠열재, $CH_3COONa{\cdot}3H_2O$의 상변화 온도는 $61{\sim}62^{\circ}C$였으며, 잠열량은 $64.9{\sim}65.8$ kcal/kg이었고, 고상 비열, $C_{ps}$$0.510{\sim}0.520kcal/kg^{\circ}C$였으며, 액상비열, $C_{pL}$$0.83kcal/kg^{\circ}C$였다. 무기 잠열재, $Na_2SO_4{\cdot}10H_2O$는 물성안정제를 가한 상태의 시약수준에서는 상변화 온도가 $29.72^{\circ}C$였고, 잠열량은 53.0 kcal/kg이었으며, 고상비열, Cps는 $0.742kcal/kg^{\circ}C$이었고, 액상비열, $C_{pL}$$1.002kcal/kg^{\circ}C$였다. 공업용 수준에서는 상변화 온도가 시약수준의 경우보다 약간 높은 $30{\sim}30.9^{\circ}C$였으며, 비열은 고상에서 $0.50{\sim}0.7kcal/kg^{\circ}C$였고, 액상에서 $0.78{\sim}0.89kcal/kg^{\circ}C$였다. SSD($Na_2SO_4{\cdot}10H_2O$)에 urea를 첨가함으로서 상변화 온도와 잠열량이 변하였으며, urea 함량을 $0{\sim}7.5wt%$로 변화시킴에 따라 상변화 온도는 $29.72^{\circ}C$에서 $25.18^{\circ}C$로 낮아졌으며, 잠열량은 53.0 kcal/kg에서 38.5 kcal/kg으로 감소하였다. Greenhouse 보온용으로 urea를 21.85% 첨가하고, 상변화를 $0{\sim}600$ 사이클까지 반복한 경우 상변화 온도는 $16.7^{\circ}C$에서 $16.0^{\circ}C$로 낮아졌고, S.V를 첨가하지 않은 경우 잠열량은 46.22 kcal/kg에서 36.30 kcal/kg으로 감소하였으나, 비열은 큰 변화가 없었다. 상변화 사이클의 증가에 의한 열특성의 감쇠현상을 줄이기 위하여 S.V를 $0{\sim}1.5wt%$ 첨가한 결과 S.V 0.5wt% 이하에서는 약간의 효과가 있었으나, 그 이상에서는 효과적인 증후가 없었다.

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태양열을 이용한 상변화 Thermosyphon의 작동특성과 시스템 모델링에 관한 연구 (Study on the operating characteristics and system modelling of loop type thermosyphon for using solar thermal energy)

  • 강명철;이윤준;윤현식;강용혁;윤환기;유창균;이동규
    • 한국에너지공학회:학술대회논문집
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    • 한국에너지공학회 1999년도 추계 학술발표회 논문집
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    • pp.187-192
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    • 1999
  • 전 세계적으로 무분별한 화석에너지 사용에 따른 환경오염 문제와 에너지원의 고갈로 인하여 태양에너지는 대체에너지원으로 가장 유용한 에너지원이다. 대체에너지원으로의 태양에너지는 다양한 이용분야가 개발되어 실용화되고 있는데 그 중에서 온수급탕을 위한 연구로 자연형 태양열 시스템과 상변화형 시스템이 주류를 이루고 있다. 자연형 시스템의 개발과 실용화로 얻어진 기술을 바탕으로 기후에 적합한 상변화를 이용하는 시스템 개발을 추진하고 있는 실정이다.(중략)

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축소형 고공환경모사 시험에서의 노즐 유동에 관한 연구 (A Study on the Nozzle Flow in the Sub-scale High-Altitude Test)

  • 최지선;이성민;이희준;고영성;김선진;이정민
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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    • pp.1011-1015
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    • 2017
  • 본 연구에서는 고공환경을 모사하는 축소형 상온 시험에서의 노즐 유동에 관한 수치적, 실험적 연구를 진행하였다. 이론 계산에서는 노즐 출구의 온도가 액화점보다 낮게 계산이 되어 유체가 상변화 지점에서 존재하게 된다. 또한 수치해석 결과 이론 계산보다 높지만 액화되는 온도보다는 낮았다. 실제 환경에서의 검증을 위하여 상온 시험을 한 결과 이론과 해석보다는 월등히 높은 온도로 확인되었다. 이는 이론 계산 시 단열이라고 가정을 하며 문제를 풀지만 실험은 단열이 아닌 외부와의 열 교환이 일어나게 된다. 결과적으로 상온 시험 할 때에 상변화 지점보다 높은 온도인 것을 확인하였다.

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기체상태의 CO2 주입시 주입관내 상변화 및 유동 특성의 수치해석적 연구 : 포항분지 해상 중소규모 CO2 지중저장 사업에 적용 (Numerical Analysis of Phase Behavior and Flow Properties in an Injection Tubing during Gas Phase CO2 Injection : Application of Demonstration-scale Offshore CO2 Storage Project in the Pohang Basin, Korea)

  • 정우동;성원모;한정민;송영수;왕지훈
    • 한국가스학회지
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    • 제25권4호
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    • pp.10-18
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    • 2021
  • 대수층에 이산화탄소를 저장하는 기술은 높은 저장능력과 경제성 때문에 지구 온난화를 완화하는 가장 효율적인 방법중 하나이다. 포항분지 해상 중소규모 CO2 지중저장 실증은 심부 대수층에 CO2 를 저장하는 사업으로 대규모 CO2 저장에 필요한 실증요소 기술을 개발하고 검증하는데 목적이 있다. 이 사업의 초기 설계 단계에서 도전적으로 직면하는 문제중 하나는 CO2 를 주입하는 주입관에서 주입성을 확보하는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 주입량, 압력, 온도, CO2 의 상변화 및 그에 따른 열역학적인 물성값 등을 계산하여 주입 조건을 계산하였다. 본 연구를 위해 기체 상태의 CO2 를 주입관에 주입하여 기체-액체-초임계 상의 상변화 거동 및 유동 특성의 변화를 OLGA 프로그램을 이용하여 수치해석적으로 분석하였다. 결과를 통하여 CO2 의 주입 시스템과 대수층의 공저압을 연계하는 주입조건을 제시하였다.

콘크리트 포장에서 발생하는 온도피해 저감에 관한 연구 (A Study on the Reduction of Temperature Damage in Concrete Pavement)

  • 김재돈;장일영
    • 한국재난정보학회 논문집
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    • 제19권2호
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    • pp.305-312
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    • 2023
  • 연구목적: 본 연구에서는 콘크리트 포장의 온도피해를 줄이기 위해 상변화에너지가 큰 PCM을 콘크리트에 혼입하고 이에 따른 성능테스트를 진행하였다. 연구방법:저온 및 고온에 대한 온도피해를 감소시키기 위해 4.5℃와 44℃의 상변화 온도를 가지는 캡슐형 PCM을 10%, 30%, 50% 치환하여 콘크리트에 혼입하였으며 열전대와 변온챔버를 활용하여 열성능 실험과 압축강도 실험을 진행하였다. 연구결과: 열성능 실험 결과 PCM의 혼입은 최대 25%이상의 온도저항성을 향상시키는 것으로 나타났으며 다량 치환시 높은 비열로 모든 온도에서 열저항성을 높이는 것으로 나타났다. 압축강도 실험 결과 30%이상의 치환은 압축강도를 저하시키는 결과를 나타냈으며 PCM의 상변화온도를 기준으로 큰 강도차이를 나타냈다. 결론: PCM의 혼입은 콘크리트의 열성능을 증가시키는 것으로 나타냈으며 PCM의 상변화온도 부근에서 가장 큰 열성능 증가폭을 나타냈다. 또한 가장 높은 치환율인 50% 치환에서 10%~20%의 작은 강도저하가 발생하였으므로 사용성에 큰 문제가 없을 것으로 판단되며 열성능 향상을 위해 추가적인 PCM 투입이 가능할 것으로 판단된다.

비점성 평면 정체 유동 응고 문제에 대한 점근적 해석 (An Asymptotic Analysis on the Inviscid Plane Stagnation-flow Solidification Problem)

  • 유주식;엄용균
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제24권6호
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    • pp.792-801
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    • 2000
  • The problem of phase change from liquid to solid in the inviscid plane-stagnation flow is theoretically investigated. The solution at the initial stage of freezing is obtained by expanding it in powers of time, and the final equilibrium state is determined from the steady-state governing equations. The transient solution is dependent on the three dimensionless parameters, but the equilibrium state is determined by one parameter of (temperature ratio/conductivity ratio). The effect of the fluid flow on the growth rate of the solid in the pure conduction problem can be clearly seen from the solution of the initial stage and the final equilibrium state. The characteristics of the transient heat transfer at the surface of the solid and the liquid side of the solid-liquid interface for all the dimensionless parameters are elucidated.

평면 점성 정체 유동 응고 문제에 대한 이론적 해석 (A theoretical analysis on the viscous plane stagnation-flow solidification problem)

  • 유주식
    • 설비공학논문집
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    • 제10권3호
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    • pp.260-270
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    • 1998
  • The viscous plane stagnation-flow solidification problem is theoretically investigated. An analytic solution at the beginning of solidification is obtained by expanding the temperature and thickness of solidified layer in powers of time. An exact expression for the steady-state thickness of solidified layer is also obtained. The .fluid flow toward the cold substrate inhibits the solidification process. As Stefan number becomes larger, or Prandtl number becomes smaller, the solidification is more strongly inhibited by the fluid flow. The transient heat flux at the liquid side of solid-liquid interface is increased, as Stefan number or Prandtl number is increased.

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비점성 정체 유동 응고 문제에 대한 이론적 해석 (A theoretical analysis on the inviscid stagnation-flow solidification problem)

  • 유주식
    • 설비공학논문집
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    • 제12권1호
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    • pp.1-11
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    • 2000
  • This study investigates the problem of phase change from liquid to solid in the inviscid stagnation flow. The solution of dimensionless governing equations is determined by the three dimensionless parameters of (temperature ratio/conductivity ratio), Stefan number, and diffusi-vity ratio. The solution at the initial stage of freezing is obtained by expanding it in powers of time, and the final equilibrium state is determined from the steady-state governing equations. The equilibrium state is dependent on (temperature ratio/conductivity ratio), but is independent of Stefan number and diffusivity ratio. The effect of fluid flow on the pure conduction problem can be clearly seen from the solution of the initial stage and the final equilibrium state, and the characteristics of the solidification process for all the dimensionless parameters are elucidated.

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상변화물질을 이용한 PMMA 복합필름의 방열 성능 향상에 관한 연구 (A Study on Heat Dissipation Characteristics of PMMA Composite Films with Phase Change Material)

  • 권준혁;윤범용;조승현;;김형익;김동현;박경의;서종환
    • Composites Research
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    • 제30권5호
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    • pp.288-296
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    • 2017
  • 본 연구에서는 전자기기 사용에 이슈가 되고 있는 발열 문제를 해결하고자 상변화물질(PCM)의 잠열 특성을 이용하여 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 복합필름을 제조하고 방열 성능을 평가하였다. 이를 위해 용융온도가 서로 다른 두 가지의 상변화물질을 사용하여 제작한 PCM/PMMA 복합필름의 열적 특성을 비교 분석하여 다양한 사용조건에 따른 유효성을 검증하였고, Compression Molding 방법과 PCM Paste Sealing 방법에 따른 PCM/PMMA 복합필름의 방열 특성을 비교 분석하여 최대의 방열 효과를 달성할 수 있는 최적의 방법을 도출하였다. 또한 PCM/PMMA 복합필름의 방열 성능을 최대화하기 위해 열전도율이 높은 흑연과 그래핀을 추가로 적층하여 제조한 Hybrid 복합필름의 열적 특성을 분석하였고, 이들을 통해 향상된 방열 성능을 실험적으로 검증하였다. 본 연구를 통해 개발된 방열 성능이 우수한 복합필름은 다양한 전자기기에 활용되어 발열 문제를 효과적으로 해결할 수 있을 것으로 기대된다.