• 한국전산구조공학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.95-101
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• 2024

본 논문에서는 다이나믹크리깅 대리모델 기반 자동차 브레이크 패드 마모량 측정센서 브라켓의 설계최적화를 소개한다. 브레이크 작동시 마찰재 바닥의 온도가 600℃ 이상으로 상승하고, 이 열이 전달되어 센서의 기능을 상실시킨다. 따라서 열전달을 최소화하는 브라켓 형상의 설계최적화는 필수적이다. 최적화에 소요되는 계산비용을 절감하기 위해 다이나믹크리깅 대리모델로 열전달 시뮬레이션을 대체하였다. 다이나믹크리깅은 최적의 상관함수와 기저함수를 선정하였으며, 정확한 대리모델을 도출하였다. 최적화 결과 센서위치의 온도가 초기모델에 비해 7.57% 감소하였으며, 이를 열전달 시뮬레이션으로 다시 한번 확인하여 대리모델 기반 최적설계가 유의미함을 검증하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권5호
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• pp.505-512
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• 2006

직경이 0.102 m이고 높이가 2.5 m인 액체-입자 swirling(나선)흐름 유동층에서 유동 입자의 흐름 및 열전달 특성을 고찰하였다. 액체유속($U_L$), 유동 입자의 크기($d_p$) 그리고 연속상인 액체의 나선 유도흐름 액체량의 비($R_s$)가 유동층 내 유동입자의 체류량 유동층 내부 열원과 유동층간의 총괄 열전달 계수에 미치는 영향을 검토하였다. 액체-입자 나선흐름 유동층에서 입자 체류량은 입자의 크기와 나선유도흐름 액체량의 비가 증가함에 따라서 증가하였으나, 액체유속의 증가에 따라서는 감소하였다. 유동층 내부에서 나선 유도 흐름 액체량의 비가 0.1~0.3인 경우에 유동 입자의 국부체류량은 유동층 중심부에서 큰 값을 나타내었으나, $R_s$의 값이 0.5일 때는 반경 방향 입자 체류량은 거의 균일한 분포를 보이며, $R_s$의 값이 0.7일 때는 유동층 중심부의 입자 체류량이 상대적으로 감소하는 경향을 나타내었다. 유동층 내부열원과 유동층간의 열전달 특성은 열원 표면과 유동층간의 온도차 요동 자료의 위상공간 투영과 kolmogorov 엔트로피 해석으로 고찰할 수 있었으며, 나선 유도 흐름 액체량의 비($R_s$)가 0.1에서 0.5까지 증가할수록 온도차 요동 자료의 위상공간 투영은 점점 안정되고 규칙성이 증대되는 상태를 나타내고, kolmogorov 엔트로피 값은 감소하는 경향을 나타내었다. 열원 표면과 유동층간의 온도차 요동 자료의 kolmogorov 엔트로피 값은 액체의 유속이 증가함에 따라 최대값을 나타내었다. 열원과 유동층간의 총괄 열전달 계수는 액체유속, 층공극률, 나선 유도 흐름 액체량의 비가 증가함에 따라서 최대값을 나타내었으며, 유동 입자의 크기가 증가함에 따라 증가하였다. 내부 열원과 유동층간의 총괄 열전달 계수가 최대값을 나타낼 때의 액체의 유속 조건에서 온도차 요동자료의 kolmogorov 엔트로피의 값도 최대값을 나타내었다. 액체-입자 나선흐름 유동층에서 입자 체류량과 열전달 계수를 무차원군의 상관식으로 나타낼 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권3호
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• pp.269-278
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• 2011

본 연구에서는 구리 재질의 평판 핀과 나선형 핀-관 열교환기에 대하여 핀 피치와 열수의 변화에 따른 공기측 전열성능을 검토하였다. 두 형상 모두 핀 피치가 열전달계수에 미치는 영향은 미미하였다. 마찰인자는 핀 피치가 증가하면 증가하였다. 열수가 미치는 영향은 형상에 따라 다르게 나타났다. 평판 핀-관 열교환기의 경우 열전달계수는 열수가 증가할수록 감소하였다. 하지만 나선형 핀-관 열교환기의 열전달 계수는 열수가 증가하면서 그 값이 증가하는 경향을 보였다. 평판 핀-관 열교환기의 열전달계수는 나선형 핀-관 열교환기의 열전달계수보다 높게 나타났다. 하지만 열수가 증가하면 그 차이가 줄어들어 4열이 되면 거의 같았다. 한편 마찰인자는 평판 핀-관 열교환기에서 다소 높게 나타나고 열수의 영향은 크지 않았다. 본 실험 데이터를 기존 상관식의 예측치와 비교하였다.

• 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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.392-394
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• 2017

본 연구에서는 가변 추력기 3D 모델에 대해 CFD를 이용하여 고온 고압 환경에서의 추력 조절기 표면 열전달 계수를 예측하였다. 추력 조절기 표면에 열차폐코팅(TBC)을 모델링하였고, TBC 코팅의 두께가 추력조절기 내부 온도 분포에 미치는 영향을 연구하였다. TBC층의 두께는 $100{\mu}m{\sim}500{\mu}m$로 변화시켰다. 해석 결과, TBC층의 두께가 증가함에 따라 추력 조절기 표면과 내부 온도는 감소하는 경향을 보였다.

• 폴리머
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• 제29권6호
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• pp.549-556
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• 2005

단축압출기의 압출공정에서 고체수송부의 열전달 현상에 미치는 무차원수의 효과를 수치 해석적인 방법으로 연구하였다. 스크루의 기하학적 구조 및 특성에 따른 압출기 내에서의 고체 흐름 상태에 대한 이해를 바탕으로 고체 수송부에 대하여 열 수지 방정식을 세우고 무차원화하였다. 이에 유한체적법과 멱법칙 도식을 적용하여 이산화 방정식을 유도한 다음 반복 대입법과 완화법으로 해를 구하였다. 고체수송부의 열전달 특성을 규정하는 무차원수인 Biot 수와 Peclet 수가 수지 공급부의 온도와 고체수송부의 길이에 끼치는 영향을 조사하였다. Biot 수가 증가하면 냉각에 의한 열 손실이 지배하여 배럴의 온도는 급격히 감소하지만 고체층의 온도와 고체수송부의 길이에 미치는 영향은 적으며, Peclet 수가 증가하면 대류 항이 지배하여 고체층의 온도가 감소하고 고체수송부의 길이가 증가한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권5호
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• pp.329-339
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• 2017

충돌제트는 제트가 충돌하는 정체 영역에 매우 높은 열전달을 제공하기 때문에 다양한 분야에서 적용되고 있다. 그러나 제트가 벽면에 부딪친 후 벽면 제트에 의해 야기되는 충돌 챔버 내의 횡방향 유동은 여러 개의 제트로 구성된 배열제트인 경우 하류에 있는 제트 유동을 방해하거나 휘게 할 수 있으며, 이로 인해 배열 충돌제트의 냉각 성능은 감소하게 된다. 파형 구조는 하류 제트에서의 횡방향 유동영향을 줄이기 위해 인접한 충돌 제트 사이에 있는 파형 속에 사용된 냉각 공기를 유입시키는 역할을 하며, 이러한 파형 구조에서의 유동 및 열전달 특성에 대해 수치해석을 수행하였다. 3차원, 정상상태, 비압축성 유동으로 고려하고 해석하였으며 ANSYS-CFX 15.0 코드를 사용하였다. 파형 구조의 형상 변수가 배열 충돌제트의 횡방향 유동 억제에 미치는 영향을 제시하고 분석하였다.

• 한국자기학회지
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• 제23권5호
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• pp.166-172
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• 2013

본 연구는 자성유체 우퍼 스피커 내부에 위치한 보이스 코일의 입력전류에 따른 열전달 특성을 수치 해석적으로 고찰하는 것이다. 이를 위하여 일반 우퍼 스피커 및 자성유체 우퍼 스피커에 대하여 입력전류를 10W에서 50W로 10W씩 변화시켜가면서 입력전류에 따른 보이스 코일 발열 및 각 부품으로 전달되는 열전달 및 온도 특성 변화를 고찰하였다. 그 결과 우퍼 스피커에 공급되는 입력전류가 증가함에 따라 보이스 코일 온도가 선형적으로 증가하였고 자성유체 우퍼 스피커의 보이스 코일 온도가 일반 우퍼 스피커에 비하여 동일 입력 전류 40 W 기준에서 51.0 % 감소하였고, 동일 보이스 코일 발생 온도 490 K 기준에서 필요 입력전류는 42.5 % 감소하였다. 또한 보이스 코일에서 주변 부품으로 열전달은 자성유체 우퍼 스피커가 일반 우퍼 스피커에 비하여 51.7 % 증가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권12호
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• pp.1293-1300
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• 2011

물 냉각기의 응축기와 증발기의 형상(길이, 관 직경, 관수, 통로 수)은 설비비용에 관련된 열전달 면적과 운전비용에 관련된 압력강하와의 조화로 결정될 수 있다. 물 냉각기 (냉동사이클)의 쉘-관 형상의 열교환기(응축기와 증발기)의 관 내부로 물이 통과할 때, 주어진 냉각부하와 요구조건을 만족하면서, 물 압력강하가 작은 설계조건에 초점을 맞추었다. 상업용 강화튜브의 사용과 상용 소프트웨어를 사용한 해석결과의 검증으로 실용성과 신뢰성 확보를 도모하였다. 해석결과, 관 통로 수를 적게, 관 직경을 크게, 관 수를 많게 선정하면, 관 길이를 짧게 하므로 물측 압력강하를 줄일 수 있었다. 그러나, 관수가 특정값보다 많을 때는 오히려 작은 관 직경을 사용하는 것이, 내부열저항의 감소로 인한 단위 길이 당 총열저항 감소 때문에, 관 길이를 짧게 하여 설비비용을 줄일 수 있었다.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제29권1호
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• pp.117-123
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• 2024

수중에서 발생한 기포는 주변 유체의 밀도와 압력 차이에 의해 상승하는 부력을 받는다. 또한 주변 유체와의 점성, 표면장력, 상승 속도 그리고 크기 차이에 따라 기포의 거동, 형상, 열교환 과정 등이 달라진다. 본 연구에서는 원기둥 수조 내 상승하는 고온 단일 기포의 속도 그리고 열전달 해석에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 이론적 식을 통해 기포의 속도 그리고 온도 등을 계산하여 수치 해석 결과와 비교하기 위한 자료를 설정하였다. 그리고 상용 프로그램으로 수치 해석을 수행하였으며, 격자의 변화에 따른 수치 해석 결과의 안정성을 격자 수렴성 지수 계산을 통해 확인하였다. 수치 해석 결과 단일 기포의 상승 속도와 온도는 최소 격자의 크기가 기포 지름의 1/160이 될 때 수렴성을 보였으며, 온도 감소는 0.05초 이내에 주변 유체와 동일한 수준으로 감소하는 것을 확인하였다.