• 대한기계학회논문집B
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• 제35권4호
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• pp.425-429
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• 2011

원자로의 노심 손상에 따른 노심 용융물의 노외 유출시 코어캐처라고 불리는 설비를 통해 용융물을 억제하고 냉각시키게 된다. 이 때 노외 노심용융물의 거동은 희생물질과의 반응을 포함한 복잡한 물리적, 화학적 현상에 의해 결정된다. 이 연구는 기존의 용융물 거동 실험결과에 대해 용융물의 유동과 열전달의 세부적인 특성을 상용코드를 이용해 해석하여 검증함으로써 코어캐처의 설계에 활용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 단순화된 채널에서 시간에 따른 용융물과 공기의 이상유동과 복사열전달을 VOF 모델과 구분종좌법을 적용하여 비정상상태에서 해석한 결과, 열전달에 따른 용융물 내부의 온도 변화 및 이에 따른 점성 변화 등을 예측할 수 있음을 확인하였다. 이러한 접근방식을 기초로 향후 용융물의 조성, 유량 및 용도 등의 조건에 따른 용융물의 거동에 대한 자세한 평가가 필요하다.

• 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.

• 공업화학
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• 제8권4호
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• pp.667-672
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• 1997

고용량 Nickel/Metal hybride 전지의 온도 거동을 3차원 유한요소법 software인 NISA를 사용하여 해석하였다. 전지 내부의 열전도에는 미분형 에너지 수지식을, 외부 대기와의 접촉면은 대류 열전달 방식을 사용하였다. 전지 온도에 영향을 미치는 요소인 열발생량과 대류 열전달계수에 대한 실험을 행하였고, 이 결과로부터 일반식을 도출하였다. 금속 재질의 cooling fin을 사용하므로써 급속한 충전이나 방전시 야기될 수 있는 온도 상승을 상당 부분 방지할 수 있었다. 전지 외벽에 열전도도가 낮고 얇은 절연물질을 부착하여도 최고온도의 상승에 미치는 영향은 미미하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제13권11호
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• pp.143-151
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• 1996

Structural reaction injection molding을 이용한 복합재료의 제품 셩형을 위한 모델링 전략을 설명하였다. 사용된 모델은 두 평행한 원판형 mold에 있는 불 균일한 온도조건의 fiber preform을 통과하는 reactive srsin의 방사형 유동을 시뮬레이션 한다. 이러한 모델은 중요한 작동인자와 공정인자(주입온도, mold의 온도, 유량, cavity의 두께와 섬유의 조밀도)등이 유동속도, 변화(monomer, radical, inhibitor) 및 온도분포 등에 미치는 영향을 예견한다. 열전달과 질량전달 및 화학반응을 고려하여 모델을 개발하였다. 중요한 공정인자를 평가하기 위한 효울적인 공정창( process window)을 제공하는데 본 연구의 목적을 두었다. 2차원적인 Lagrangian 방식에 1차원적인 유동과 제한적인 2차원 열전달을 가정하여 모델을 유도하였고, 방정식은 implicit difference scheme에 의해 전개하였다. 이 모델은 Gonzalez-Romero의 실험 결과와 비교함에 의해 확인되었고, 실험결과가 잘 일치함을 보였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2006년도 춘계종합학술대회
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• pp.251-254
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• 2006

마이크로 흐름센서는 종래의 반도체 집적회로 공정기술을 이용하여 소형으로 제작이 가능하며, 빠른 응답특성을 가지는 장점이 있어 다양한 응용이 기대되고 있다. 본 연구에서는 넓은 흐름의 세기영역에서 정밀한 감도를 가지는 2차원 마이크로 흐름센서를 실리콘 기판위에 설계하여 왔다. 이러한 흐름센서의 정확한 온도특성을 분석하고 이 결과로부터 최적을 온도 감지막 위치를 결정할 필요가 있다. 설계방법으로서 표계산 소프트웨어 Excel을 이용하여 열운송방정식의 차분 방정식을 매크로 기능을 이용하여 적용하고 워크시트 내에서 셀 참조방식을 활용하여 자동 계산을 수행하도록 구현하였다. 본 연구에서는 Excel을 활용한 효율적인 설계방법을 제시하고 하나의 히터와 양측에 한 쌍의 온도 감지막을 가진 마이크로 흐름센서에 대해서 열전달 특성을 계산하고 이로부터 최적을 온도 감지막 위치를 결정할 수 있었다.

• 자원리싸이클링
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• 제24권6호
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• pp.54-60
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• 2015

본 연구의 목표는 1 ton/day용량의 연속 감압식 간접열 방식의 벨트형 건조장치를 개발하여 건조효율을 70% 이상 향상시키며 기존 건조기 장치에 비하여 약 50% 이상의 건조기 크기를 축소시켜 장치의 소형, 경량화를 이루고 그로 인한 설치비 및 운전비 절감효과를 20%이상 향상시키는 것이다. 현재는 기존의 간접열 건조장치를 분석하여 구조적인 개선점을 도출하였으며 기초실험을 통하여 우수한 건조성능을 확인하였다. 또한 감압조건에서의 실험을 수행하여 열전달 및 건조특성이 향상되는 것을 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제5권3호
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• pp.1-8
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• 2001

본 연구는 한국가스공사에서 운영중인 천연가스 공급관리소의 가스히터를 대상으로 겨울철 히터 가동 중단시, 가스히터 내부의 열전달 매체액 (Bath Water)이 빙점에 도달하는 시간을 계산하여 보수주기에 대한 결정 및 동파 취약 부위에 대한 영향을 판단하기 위해 가스히터의 체적을 고려한 비선형 3차원 전산모사를 수행하였다. 이용된 시뮬레이터는 미국 FLUENT사의 FLUENT V 5.0으로서 열유체 유동해석 범용 Code이다. 본 문제는 열전도에 관한 문제로 에너지 방정식을 푸는 방식으로 진행되지만 가스히터의 체적을 고려한 3차원 계산을 수행하기 위해 현장의 가스히터 형상 및 축적을 거의 유사하게 모델링하였고 표면에서 공기에 의한 대류 (Convection)문제와 단열재 사이의 전달 (Conduction)문제, 히터내부 액체의 자연대류 (Natural Convection) 그리고 배관을 통한 열손실의 문제를 고려한 복합적인 열전달 현상을 분석하였다.

• 생물환경조절학회지
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• 제28권3호
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• pp.204-211
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• 2019

본 연구는 국내 온실의 환경설계 기준 설정에 필요한 기초자료 제공을 목적으로 온수난방 방식을 채택하고 있는 상업용 온실 2곳에서 난방 중 열환경 계측 실험을 실시하고, 온수난방 배관의 열전달 특성을 분석하여 난방배관의 단위길이 당 방열량 자료를 제시하였다. 실험 기간동안 두 온실의 평균기온은 각각 $16.3^{\circ}C$와 $14.6^{\circ}C$로 조절되었으며, 난방배관의 온수 온도는 평균 $52.3^{\circ}C$와 $45.0^{\circ}C$로 관측되었다. 실험결과 난방배관 표면의 자연대류열전달계수는 $5.71{\sim}7.49W/m^2^{\circ}C$의 범위로 분석되었다. 난방배관 내의 유속이 0.5m/s 이상일 때에는 관내의 수온과 관 외부의 표면온도 차이가 크지 않은 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 난방배관의 관류열전달계수를 수평원통에서의 층류 자연대류열전달계수의 형태로 유도하였다. 유도된 관류열전달계수 식을 변형하여 관의 규격과 온수-실내공기의 온도차를 입력 변수로 하는 난방배관의 단위길이 당 방열량 산정식을 개발하였다. 본 연구 결과를 기존에 제공되고 있는 국내외 여러 자료와 비교한 결과 JGHA 자료와 가장 유사한 것으로 나타났다. 국내 온실의 설계에서 적용하고 있는 NAAS 자료와 국외의 BALLS 및 ASHRAE 자료는 값이 너무 큰 것으로 판단된다. 따라서 국내 온실의 환경설계기준을 제정하고, 고시하기 위해서는 추가적인 실험을 통해 이 부분에 대한 충분한 검토가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.38-38
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• 1999

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 핵융합 실험 장치의 진공용기 및 진공용기 내부의 플라즈마 대향 부품들은 초고진공 (5$\times$10-9 Torr)의 달성을 위해 진공용기 내부의 이물질(H2, H2O, CO, CO2, CH4 등) 제거를 목적으로 SS316LN인 진공용기는 25$0^{\circ}C$, 탄소 물질인 플라즈마 대향부품은 35$0^{\circ}C$ 정도까지 가열(이하 베이킹)할 필요성이 있다. 이 가열방법으로 고온 질소가스를 진공용기 이중벽 사이로 흘려주는 방식과 코일에 저주파 교류전류를 흘려 진공용기를 유도가열하는 방식이 고려되고 있는데, 유도가열방식은 최대 유도 전력이 70kW 정도로 실제 베이킹에 필요한 열량을 공급하는데 있어 적잖이 부족하며 또 국부적인 가열 특성으로 인하여 KSTSR의 베이킹 방식은 전자의 가열방식을 우선적으로 채택하고 있다. 본 논문에서는 0-차원 해석을 통하여 진공용기와 플라즈마 대향 부품들에 대한 베이킹 계획을 결정하고 이를 만족시키기 위해 투입해야 할 열량을 직선적으로 증가하는 온도 곡선에서 각 부분의 온도 상승률을 다르게 설정한 세 경우와 F-자 형태로 변화하는 온도 곡선의 경우에 대해 각각 적용하여 시간에 따른 필요열량을 비교.검토하였으며, 이를 근거로 안정적인 베이킹 계획을 선정하였고 이 베이킹 계획의 실현을 위해 투입해야 할 고온 질소가스의 유량과 온도 도달시간까지 매 시간에서의 가스온도를 산출하였다. 토러스 형상의 토카막 진공용기와 플라즈마 대향 부품 및 다층단열재에 대한 해석 모델은 길이가 유한한 0-차원 실린더 모델로 가정하였고, 이에 대한 기하학적 성질 및 열역학적 성질은 유효계수를 고려하여 산출하였다. 진공용기 이중 벽 내부로 흐르는 질소가스의 유량과 온도의 계산은 진공용기 내벽과 외벽을 각각 독립적인 열전달 요소로 가정하여 구성한 모델을 이용하였다. 전체 해석에서 각 열전달 요소의 비열 값은 온도에 따라 변화하는 비열의 특성을 반영하였으며. 진공용기와 플라즈마 대향 부품의 방사율(emissivity)은 앞서 가정했던 각 온도 상승 곡선에 대해서 각각 0.1, 0.2, 1.3의 경우를 가정하여 계산하였다. 직선적으로 증가하는 온도 상승 곡선중 2$0^{\circ}C$/hr의 온도상승율을 갖는 경우가 다른 베이킹 시나리오 모델에 비해 효과적이라 생각되며 초대 필요 공급열량은 200kW 정도로 산출되었다. 실질적인 수치를 얻기 위해 보다 고차원 모델로의 해석이 필요하리라 생각된다. 끝으로 장기적인 관점에서 KSTAR 장치의 베이킹 계획도 살펴본다.

• 생물환경조절학회지
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• 제22권3호
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• pp.270-278
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• 2013

본 연구는 우리나라 상업용 온실의 보온성능 및 광투과 성능을 개선할 수 있는 피복방식을 결정하는데 필요한 자료를 제공하기 위하여 토마토 재배용 실험온실의 세 가지 피복방식에 대한 보온효과 및 광투과 특성을 평가하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 공기주입 이중피복온실과 관행 이중피복온실의 관류열손실량이 거의 비슷한 것으로 나타났으나 외부기온이 비슷할 때 피복재와 보온커튼 사이의 온도가 공기주입 이중피복온실이 더 낮게 나타난 것은 공기주입 이중피복온실의 경우 나비식 천창의 틈새로 인한 환기전열손실이 크기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 공기주입 이중피복온실에서 나비식 천창을 사용할 경우 틈새 환기전열손실을 줄일 수 있는 대책이 수립되어야 할 것으로 판단된다. 일중피복 온실과 관행이중피복온실의 관류열전달계수에 대한 온실 실험결과와 모형실험결과를 비교한 결과 모두 비슷한 값을 나타내었다. 이러한 결과는 측정된 관류열전달계수가 타당성 있는 값임을 보여주는 것이며 향후 온실의 난방설계시 직접 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 공기주입 이중피복온실이 비록 일중피복온실보다는 광투과율이 낮으나 동일한 이중피복온실인 관행이중피복온실보다 광투과율이 높기 때문에 보온을 위해서 이중피복을 설치할 경우에 광투과율을 확보하기 위해서는 공기주입 이중피복방식을 채택하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 공기주입 이중피복온실에 비해 일중피복온실의 피복재 내부표면에서 발생하는 결로량이 큰 이유는 일중피복온실의 피복재 내부표면온도가 훨씬 낮기 때문에 피복재에서의 포화습도가 작아져 내부공기의 절대습도와의 차이가 증가하기 때문인 것으로 판단된다.