• Journal of Biosystems Engineering
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• 제10권1호
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• pp.24-38
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• 1985

경사진 밀폐 공간에서 마주 보는 두 벽면의 온도 차로 인하여 발생되는 자연 대류 현상은 여러 공학 분야에서 볼 수 있는 중요한 열전달 현상으로서, 최근 들어 평판형 태양열 집열기를 설계하려는 사람들에게 많은 관심의 대상이 되고 있다. 평판형 태양열 집열기의 경우 덮개판으로 부터의 대류 열손실을 감소시킴으로서 집열 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 사용목적에 따라 소형 집열기를 제작할 수 있어 경제적으로 유리하게 될 것이다. 밀폐된 공간에서 최초에 정지 상태에 있는 얇은 유체층을 하부에서 가열시켜 주면 열팽창 현상이 일어나고, 이것에 의한 부력이 점도나 열전도도 등의 안정화 요인을 극복할 수 있을 정도로 커지면 System이 불안정하게 되어 자연 대류 현상이 수반되며 이 때문에 열전달율이 급격히 증가하게 된다. 이러한 현상의 지배 방정식은 연립 비선형 편미분 방정식으로 특수한 경계 조건외에는 일반적으로 해석적 해를 구하기가 어렵기 때문에 실험적 연구가 많이 실시되어 왔고 이들 결과의 대부분은 전반적인 열전달 특성치만을 구하는데 집중되어 왔다. 본 연구에서는 수치 해석법의 하나인 유한 차분법을 도입하여 이차원으로 가정한 경사진 평판형 밀폐 공간에서의 자연 대류 현상의 지배 방정식을 유한 차분화시켜, $$2.74{\times}10^3\leq_-Gr\leq_-2.0{\times}10^6$$, Pr=0.73, $$15^{\circ}\leq_-a\leq_-150^{\circ}$$, 종횡비는 1, 2, 3, 5, 9에 대하여 정상 상태에서의 해를 구하면서 수치적으로 실험하였다. 본 연구에서 얻어진 결론을 요약하면 다음과 같다. (1) 해석적으로 구하기 어려운 경사진 밀폐 공간에서 자연대류현상의 지배 방정식을 유한 차분법으로 해결할 수 있으며, 대류항과 확산항을 따로 고려한 유한차분법이 효과적임을 확인하였다. (2) 저온과 고온 벽면에서의 온도를 각각 균일하게 놓고 단변으로 이루어진 벽면은 완전히 절연되어 있는 경우에 대하여 수치해를 구한결과, 이전의 해석적 및 실험적 결과와 일치하였으며, 시간의 경과에 따른 온도 및 유선의 변화를 현상학적으로 관찰할 수 있었다. (3) 평균 열전달 계수에 미치는 경사각의 효과를 살펴본 결과 종횡비가 1 인 경우 경사각이 $45^{\circ}$에서, 종횡비가 2, 3, 5, 9인 경우 경사각이 $60^{\circ}$에서 각각 평균 열전달 계수 최대치가 나타났다. (4) Ra수(Rayleigh number) 가 증가될수록, 경사각에 상관없이 평균 열전달 계수도 증가되었다. 한편 Ra수 및 경사각의 변화에 따라 종횡비가 증가될수록 평균 열전달 계수는 경사각이 $90^{\circ}$인 경우를 제외하고는 감소됨을 볼 수 있었다. 경사각이 $90^{\circ}$인 경우, 평균 열전달 계수는 종횡비가 2 인 곳에서 최대치를 얻을 수 있었으며, 종횡비가 계속 증가될수록 평균 열전달 계수는 점차 감소되어짐을 볼 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.499-504
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• 2012

산업현장에서 자주 접하는 액상의 물성인 표면장력이 상대적으로 작은 액상으로 구성된 삼상슬러리 기포탑에서 총괄 열전달 특성을 고찰하였다. 기포탑 내부의 열전달 현상은 기포탑 내부의 수직 열원과 기포탑 간의 열전달계를 구성하여 고찰하였으며 열전달 계수는 정상상태에서 열원표면의 온도와 기포탑 내부의 평균 온도의 차를 측정하여 결정하였다. 기체유속($U_G$), 슬러리 상에 포함된 고체입자의 분율($C_S$) 그리고 연속 액상의 표면장력(${\sigma}_L$)이 기포탑 내부의 총괄 열전달 계수(h)에 미치는 영향을 규명하였다. 기포탑 내부 열원 표면과 기포탑 벌크영역 간의 온도차는 시간의 변화에 따른 온도차 요동을 측정하여 그 평균값으로 결정하였다. 기포탑 내부 열원표면과 기포탑 벌크 영역 간의 온도차 요동은 연속 액상의 표면장력이 감소할수록 진폭이 감소하였으며 온도차의 평균값도 감소하였다. 내부 수직 열원과 기포탑 간의 총괄 열전달 계수는 기체의 유속과 슬러리 상에 포함된 고체입자의 분율이 증가함에 따라 증가하였으며 연속 액상의 표면장력이 증가함에 따라 감소하였다. 표면장력이 물보다 작은 연속 액상의 기포탑에서 측정된 총괄 열전달 계수는 본 연구의 범위 내에서 실험변수와 무차원군의 상관식으로 나타낼 수 있었다.

• 동력기계공학회지
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• 제16권1호
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• pp.51-57
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• 2012

본 연구는 컴팩트한 열교환기의 설계를 위하여 열교환기 내의 원형 단면 도관의 유변 유체의 압력 강하 및 대류 열전달률을 수치해석적으로 수행하였다. 유변 유체의 구성방정식은 기존의 비뉴톤 유체 멱법칙을 보완한 수정 멱법칙 모델을 채택하였다. 도관 내의 압력강하를 의미하는 마찰계수와 수정 레이놀즈 수의 곱은 기존 문헌치와 비교할 때 뉴톤 유체 영역과 유변 멱법칙 영역에서 각각 0.01% 및 0.004% 내에서 일치함을 보였고 유변 수정멱법칙 유체 모델의 형태를 띠는 유변 유체를 열교환기 내의 원형 단면 도관 내에서 사용하면 뉴톤 유체보다 최대 58%의 압력강하를 감소시켰고 최대 9%의 대류 열전달 증가을 발생시킬 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제1권2호
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• pp.32-40
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• 1997

무제트초기의 불안정성이 하류에서의 와류성장에 영향을 끼치기 때문에 와류의 조절에 의한 충돌면에의 유동 및 열전달 효과의 변화를 기대할 수 있게 된다. 따라서 본 논문에서는 FFT를 이용하므로써 제트의 와류생성과 병합의 주파수 특성을 연구하고 이에 적절한 주파수로 와류를 여기하여 자유제트의 유동특성 변화와 충돌제트의 유동 및 열전달 특성을 고찰하였다. 음향여기를 하게되면 제트주위의 와류형성을 조절할 수 있게 되는데, 자연적으로 형성되는 와류의 주파수(와류의 고유주파수)와 관련하여 여기해준 주파수성분 자체보다는 여기주파수의 부조화성분이 중요한 역할을 하게 된다. 음향여기를 통해 와류의 병합이 촉진되면 중심부에서의 난류강도가 증가하게 되고 억제하면 난류강도는 감소하게 된다. 따라서 와류병합을 촉진하면 가까운 거리에서는 높은 난류강도로 인해 정체점에서의 열전달이 증가하지만 멀어질수록 포텐션코어길이의 감소로 오히려 낮은 결과를 나타내었다. 이와 반대로 와류병합을 억제하면 중심부에서의 낮은 난류강도로 가까운 거리에서는 열전달이 감소하였으나 포텐셜코어길이가 길어지면서 먼거리에서는 열전달에 효과적이었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권11호
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• pp.861-869
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• 2015

본 연구에서는 서로 다른 항력 모델이 원추형 유동층 연소기 내의 수력학적 특성과 열전달 현상에 미치는 영향에 대해, 입자상 유동에 대한 분자운동론을 적용한 오일러-오일러 모델을 사용하여 수치 해석적으로 연구하였다. Gidaspow 항력 모델과 Syamlal-O'Brien 항력 모델에 대해 유입 공기의 속도와 입자의 크기를 변화시키면서 연소기 내의 압력강하나 베드 팽창률 및 벽과 베드 사이의 열전달 계수의 변화를 조사하였다. 그 결과 베드의 팽창률은 속도가 증가함에 따라 커졌으며 압력강하는 속도의 증가에 따라 감소하였다. 벽과 베드 사이의 열전달 계수는 유입 속도가 증가하면 증가하고 입자의 크기가 증가하면 감소하는 것으로 나타났다. 베드의 팽창률이나 압력 강하와 같은 수력학적 특성은 항력 모델에 큰 영향을 받지 않았으나 열전달 계수는 항력 모델에 따라 차이가 나타났다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권1호
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• pp.57-63
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• 2012

열전달 향상을 위하여 이차유동을 발생시켜 열전달을 증가시키는 방법에는 여러 가지가 있다. 본 연구에서는 수평채널에 딤플과 돌출을 설치하여 각각의 깊이와 높이를 변화시켰을 때의 압력강하 및 열전달 특성을 수치해석을 통하여 연구하였다. 딤플과 돌출은 수평채널의 윗면과 아래면 에 설치되었으며, 깊이 및 높이를 0.125, 0.25, 0.25, 0.3, 0.375로 하였다. 딤플의 경우, 후면부에서 높은 Nusselt 수가 나타났고 깊이가 커질수록 평균 Nusselt 수가 감소하였다. 돌출의 경우, 전면부에서 높은 Nusselt 수가 나타났고 높이가 커질수록 Nusselt 수가 증가하였다. 딤플과 돌출 모두 유속이 증가함에 따라 열전달이 향상되는 경향을 보였지만 성능계수는 감소하였다. 성능계수는 유속이 낮은 영역에서 가장 크게 나타났다.

• 한국농공학회논문집
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• 제56권4호
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• pp.41-51
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• 2014

천공복사를 구현할 수 있는 관류열전달계수 측정용 실내실험장치를 제작하고 국내에서 사용되고 있는 온실 피복재 및 보온재의 관류열전달계수를 측정하여 실외실험에서 측정된 결과와 비교하여 타당성을 평가하였다. 외부피복은 0.1 mm 두께의 폴리에틸렌 필름을 사용하여 일중 및 이중피복으로 처리하였다. 이중외부피복조건의 경우 4가지 종류의 보온재를 처리하여 총 6가지 피복처리에 대하여 실험을 실시하였다. 모든 피복처리조건에 대하여 야간복사 유무에 따른 관류열전달계수 측정실험이 수행되었다. 천공복사의 유무에 따라 온실피복재의 관류열전달계수의 변화 경향이 크게 차이가 있었기 때문에 실내실험을 통해 관류열전달계수를 측정하기 위해서는 반드시 실제의 천공복사를 구현할 수 있는 실험장치가 필요할 것으로 판단된다. 실내 실험결과와 실외 실험결과가 비교적 잘 일치하였으며 실내실험장치를 이용하여 관류열전달계수를 측정하는 것이 타당성이 있음을 확인할 수 있었다. 천공복사 유무에 따른 관류열전달계수의 차이는 핫박스 내외부의 온도차이가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권4호
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• pp.516-521
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• 2014

고점성이며 낮은 표면장력 매체로 구성된 기포탑에서 축방향 국부 열전달 계수와 총괄 열전달 계수에 대해 고찰하였다. 기체공탑유속(0.02~0.10 m/s), 액체 점도($0.1{\sim}0.3Pa{\cdot}s$) 그리고 액체 표면장력($66.1{\sim}72.9{\times}10^{-3}N/m$)이 국부 및 총괄 열전달 계수에 미치는 영향을 검토하였다. 열전달 영역은 기포탑 내부 열원과 기포탑 간의 열전달계로 구성하였다. 즉, 기포탑의 중앙에 수직 열원을 설치하여 내부 열원으로 하였다. 열전달 계수는 주어진 운전조건에서 열원에 제공되는 열량과 내부 열원과 기포탑 간의 온도차를 연속적으로 측정하여 결정하였다. 국부 열전달 계수는 기체공탑유속이 증가함에 따라 증가하였으나 기체 분산판으로 부터의 축방향 거리가 증가함에 따라, 액체의 표면장력이 증가함에 따라 감소하였다. 총괄 열전달 계수는 기체공탑유속이 증가함에 따라 증가하였으나 액상의 점도와 표면장력이 증가함에 따라서는 감소하였다. 총괄 열전달 계수는 기체공탑유속, 액상의 점도와 표면장력의 함수로 상관계수 0.91의 상관식을 얻을 수 있었으며 넛셀 수, 레이놀즈 수, 플란틀 수 그리고 웨버 수의 함수로 상관계수 0.92의 상관식으로 나타낼 수 있었다. $$h=2502U^{0.236}_{G}{\mu}^{-0.250}_{L}{\sigma}^{-0.028}_L$$ $$Nu=325Re^{0.180}Pr^{-0.067}We^{0.028}$$.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권8호
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• pp.775-782
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• 2012

수직으로 설치된 하부폐쇄 환상공간 내부의 풀비등 열전달 메카니즘을 알기 위하여 환상공간의 튜브 길이를 0.3m와 0.6m 사이에서 변경하였다. 실험을 위해 0.2m의 가열 길이를 갖는 직경 19.1mm인 스테인리스강 튜브와 대기압 상태 하에 있는 물을 사용하였다. 외부 튜브 길이가 열전달에 미치는 영향을 분명하게 살펴보기 위해 환상공간에 대한 결과를 환상공간이 없는 단일튜브에 대한 결과와 서로 비교하였다. 동일 열유속에서 외부튜브 길이의 증가는 틈새간격이 3.5mm인 경우에는 열전달계수의 증가하지만 틈새간격이 15.5mm인 경우에는 열전달계수가 감소하였다. 이러한 경향의 주된 원인은 액체교란의 차이로서 설명된다.

• 에너지공학
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• 제24권1호
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• pp.97-103
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• 2015

파이프의 길이(Length)와 직경(Diameter), 거칠기(Roughness)에 변화를 주면서 수직 원형관내 자연대류 열전달을 측정하였다. 고부력 조건에 대한 높은 Rayleigh수를 구현하기 위하여 상사성에 기초한 물질전달실험을 수행하였다. Pr수는 2,014였다. 수직 원형관의 길이(L)는 0.1m, 0.3m, 0.5m였으며 이는 Gr수 $4.2{\times}10^7$, $1.1{\times}10^9$, $5.5{\times}10^9$에 해당한다. 각 수직 원형관에 대하여 직경(D)을 0.005m, 0.01m, 0.03m로 변화시키면서 열전달을 측정하였다. 실험결과 모든 직경(D)에 대해서 높이(L) 0.1m에서의 열전달 계수는 Le Fevre의 수직평판에 대한 층류 자연대류상관식과 일치하였다. 동일한 직경(D)에 대해서 길이(L)가 감소할수록 열전달이 증가하였다. 그리고 동일한 길이(L)에 대하여 직경(D)이 증가하였을 때는 열전달이 감소하였다. 파이프 내부 표면에 거칠기를 주어 일반 수직원형관과 열전달을 비교하였을 때, 층류영역에서는 열전달의 차이가 있었으나, 천이영역에서는 열전달 차이가 없었다.