• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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• pp.244-245
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• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

• Current Research on Agriculture and Life Sciences
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• 제33권2호
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• pp.41-47
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• 2015

본 연구는 온실용 피복재 및 보온재의 조합에 대한 시뮬레이션 해석모델을 개발하여 관류열전달계수를 산정하고 측정된 결과와 비교하여 타당성을 평가하기 위해 수행되었으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 유리이중피복의 경우 이중피복 사이의 공기층이 두꺼워짐에 따라 관류열전달계수가 서서히 작아져서 공기층 두께가 25 mm 이상이 되면 관류열전달계수의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한 온도차가 증가함에 따라 관류열전달계수도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 두 플라스틱 피복재 사이에는 대류에 의한 열전달이 활발하게 일어나기 때문에 비정상 유동에 의한 열전달이 발생하고 이로 인해 온도분포도 비선형적으로 변하는 것으로 사료된다. 플라스틱 피복재 및 보온재들의 간격이 50~200 mm범위에서 변화할 때에 피복재의 간격은 관류열전달계수 큰 영향을 미치지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 천공복사를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우 모두 핫박스의 내외부 온도차가 $30^{\circ}C$인 조건에 대해서는 수치해석결과와 실험결과가 대체로 잘 일치하였다. 따라서 핫박스의 내외부 온도차가 $30^{\circ}C$ 이상인 조건에서 수치해석을 통해 관류열전달계수를 산정한다면 신뢰성 있는 값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제27권2호
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• pp.189-202
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• 1995

계면 전단응력이 있을 때와 없을 때 가열 또는 응축되면서 하강하는 난류액막의 열전달 계수를 예측하기 위한 개선된 방법을 제시하였다. 특히 큰 계면 전단응력이 있을 때 하강하는 난류액막에 적용할 수 있도록 Mudawwar와 El-Masri의 준 실험적 난류모델을 수정하여 Yih와 Liu가 제안한 통합적 접근방법에 사용한 와류점성모델대신에 사용하였다. 광범위한 크기의 계면전단응력에 대해 액막 레이놀즈 수 대액체막 두께 및 접근적 열전달 계수를 개선된 방법과 다른 여러 기존 방법으로 예측하여 실험값들과 비교하였다. 그 결과 일반적으로 수정한 모델과 예측한 값이 다른 기존 모델로 예측한 값보다 실험 치와 더밀접하게 일치하는 것을 보여주었다.

• 태양에너지
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• 제10권2호
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• pp.44-58
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• 1990

본 연구에서는 파라핀을 채운 수평 원관의 관벽을 가열하여 축열할 때에 관내에서 일어나는 열전달현상을 다루었다. 용융이 진행됨에 따라 고액 밀도차에 의해서 고상이 아래로 가라앉는 침강형을 대상으로 하여 고상 윗부분의 액상에서는 자연대류를 고려한 열전달모델을 세우고, 고상의 하부와 관벽 사이의 액막에서는 중력과 부력 그리고 액막 내의 압력에 의한 힘간의 평형관계를 이용하여 액막 내에서의 열전도모델을 세워 이를 수치모사하여 이론적으로 해석하였다. 그리고 실제 실험에 의하여 시간에 따른 용융형태를 사진으로 기록하여 이를 분석함으로써 용융량을 구하였고 유동장을 가시화하여 이론적 결과와 비교하였다. 실험에서 얻은 전체 용융량을 상부액상과 하부액막에서 녹은 양으로 구분하여 용융이 진행됨에 따른 각 부분에서의 용융속도 변화를 알아보았다.

• 한국추진공학회지
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• 제16권2호
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• pp.42-50
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• 2012

열전달 연구의 목적은 온도와 열유속 분포를 보다 정확하게 예측하는 것이다. 이를 위해 상용 CFD 코드인 FLUENT를 사용하여 2종류의 노즐에 대해 질량유속비와 압력비를 계산하였으며, 실험결과와 잘 일치하였다. 또한 1종류의 노즐에 대해 FLUENT를 사용한 노즐 벽면에서의 열전달계수 계산결과는 노즐 축소부에서 실험결과 보다 약간 크게 예측되었으나 확대부에서는 잘 일치하고 있다. Bartz식을 이용한 열전달계수 계산결과는 전체적으로 실험결과 보다 크게 예측되었다. 계산결과가 실험결과와 차이를 보이는 원인은 노즐 내 급가속 유동에 의한 층류화, 난류모델 및 격자구성 등을 고려해 볼 수 있다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제29권2호
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• pp.141-150
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• 2004

우리가 소비하는 가공 식품은 위생상 안전하도록 살균처리가 이루어진다. 식품 내에 존재할 수 있는 유해 세균은 일정 살균온도에서 살균에 필요한 시간 동안 노출되면 사멸하며, 일반적으로 살균온도가 높을수록 살균에 필요한 시간은 단축된다. 연속살균장치는 혼합 및 저장탱크에 담겨진 식품을 점프로 이동시키면서 가열 열교환기에서 살균온도로 가열하고 단열관을 거치는 동안 살균온도를 유지시켜 살균을 완료한다. 또한 살균된 식품은 냉각용 열교환기에서 상온으로 냉각되며 이 과정에서 회수되는 열은 저장탱크에서 유입되는 식품의 예열에 사용되어 에너지 효율을 제고하는데 사용되기도 한다. 이와 같이 관을 이동하면서 가열되는 살균장치는 기존의 배치식 살균방법에 비하여 균일하게 가열이 이루어지므로 130C의 고온으로 살균할 수 있어서 살균에 필요한 시간을 수초에서 수십초 정도로 단축시킬 수가 있고 그에 따라 열손상을 크게 줄일 수 있다. 또한, 상온으로 냉각된 식품을 포장함으로써 저렴한 가격의 포장용기를 사용할 수 있고 상온에서 저장할 수 있으므로 저장비용이 저렴한 장점이 있다. 그러나, 가공식품에 고기나 야채와 같은 고체 상태의 식품이 함유된 경우에는 액상 식품이 열 교환기에서 순간 가열되며, 고상 식품은 액상식품과의 대류에 의한 열전달로 가열된다. 이 과정에서 고상식품은 이동관 내벽이나 다른 고상식품과 부딪치거나 회전하면서 이동관 내부에서 자유롭게 운동하게 된다. 이 과정에서 액상식품과의 상대이동 속도가 발생하여 이것이 대류열전달에 영향을 미치게 된다. 이 상대이동속도에 따른 대류 열전달계수는 고상식품의 내부온도 결정에 사용되는 연속살균장치의 중요한 설계인자이다. 대류열전달계수는 연속살균장치에서 자유로이 이동하는 고상식품의 중심부의 온도를 측정하여 결정할 수 있으나 이는 현실적으로 어렵다. 따라서 본 연구에서는 고정된 고상식품에 액상식품을 이동시켜 상대속도를 재현하고 액상식품의 온도와 고상식품의 중심온도를 측정하는 장치를 개발하였으며, 각 상대속도와 액상식품의 점도 별 대류열전달계수를 결정하는 프로그램을 유한차분법을 이용하여 개발하였다. 이 장치를 분당 15, 30, 40 리터의 유량에서 유체의 점도를 0에서 15 centipoise 사이의 세 수준에서 정육면체 소고기를 모델 고상식품으로 내부 온도분포를 측정하였으며, 유한차분법 프로그램으로 대류열전달계수를 결정하였다. 대류열전달계수는 792에서 2,107 W/m$^2$로 분석되었다. 대류열전달 계수는 액상식품과의 상대속도가 증가함에 따라서 증가하였고, 점도가 증가함에 따라서는 감소하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권9호
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• pp.227-232
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• 2019

심층수와 표층수의 온도 차이를 이용하는 히트펌프 시스템이나 해수열원 발전시스템(OTEC)의 열교환기는 해수의 염분에 의하여 발생하는 열교환기의 표면 위에서의 부식 현상에 의하여 열전달 성능이 저하된다. 본 연구는 이중관식 열교환기 실험을 통하여 부식시간에 따른 열전달저하를 실험하고 분석한 내용을 제시한다. 이러한 연구는 고가의 티타늄 열교환기를 대체하기 위하여 알루미늄에 전착 코팅을 하여 제작된 코팅 관을 통해 수행되었다. 코팅 두께 10, 15, $20{\mu}m$의 알루미늄 관 및 티타늄 관을 각각 6주, 12주, 18주씩 가속 부식시킨 후에 이중관 열교환기 실험을 통하여 코팅 두께 및 부식 시간에 따른 열전달의 변화를 측정하고 분석하였다. 코팅이 얇을수록 더 빠르게 블리스터 현상이 발생하였다. $15{\mu}m$의 코팅 관의 경우 12주 부식까지는 좋은 열전달 성능을 보였으나, 18주 부식의 경우에서 열전달 성능의 감소를 보였다. 연구결과로부터 본 실험 조건에서는 $20{\mu}m$의 두께로 코팅된 알루미늄관이 티타늄을 대체할 수 있는 열전달 성능을 가질 수 있음을 확인하였다. 또한, 부식 시간에 따른 부식 열저항의 증가에 대한 고찰을 통하여 향후 부식 열저항 모델 개발의 방법론을 제시하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제22권3호
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• pp.134-142
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• 2018

가압용 압력용기로부터 오리피스를 통해 기체가 배출되는 경우에 대하여 기체배출특성을 예측하기 위한 모델 개발에 대한 연구이다. 추진체계에 사용하기 적합한 압력용기에 대해 시험을 수행하여 대표적인 압력과 온도를 계측하였고, 압력용기 내부의 열전달에 대한 가정과 이에 대한 모델을 적용하여 시뮬레이션을 통해 압력과 온도를 예측하여 비교하였다. 그 결과 제안된 열전달 모델을 통해 계측된 압력과 온도와 유사한 예측 결과를 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.268-276
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• 2017

가압용 압력용기로부터 오리피스를 통해 기체가 배출되는 경우에 대하여 기체배출특성을 예측하기 위한 모델 개발에 대한 연구이다. 추진체계에 사용하기 적합한 압력용기에 대해 시험을 수행하여 대표적인 압력과 온도를 계측하였고, 압력용기 내부의 열전달에 대한 가정과 이에 대한 모델을 적용하여 시뮬레이션을 통해 압력과 온도를 예측하여 비교하였다. 그 결과 제안된 열전달 모델을 통해 계측된 압력과 온도와 유사한 예측 결과를 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권2호
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• pp.111-117
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• 2016

본 연구의 목적은 실리콘 열전달 조절을 위한 포논의 평균자유행로(Mean free path, MFP) 스펙트럼 열전달 기여도 예측이다. 열전달의 크기 효과는 포논의 MFP 와 재료의 특성길이가 비슷할 때 나타나는데, 나노시스템 응용을 위한 재료의 열전달 증감을 위해 포논 MFP 스펙트럼에 대한 열전달 기여도 예측이 중요하다. 이를 위해 포논의 주파수 의존성이 고려된 볼츠만 수송방정식(Boltzmann transport equation) 근간의 full phonon dispersion 모델을 통해 실리콘 박막(Silicon-on-Insulator) 트랜지스터의 실리콘 박막 두께 변화(41-177 nm)에 따른 포논 MFP 스펙트럼 열전달 특성 및 비등방성을 해석함으로써, 본 연구 결과는 향후 박막 트랜지스터에 대한 고효율 열소산(heat dissipation) 설계전략에 활용될 수 있다.