The thermal environmental chamber has been using in maintaining weather condition keeping thermal capacity under heating and cooling load fluctuation and for the performance testing of cooling system or air-conditioner on artificial envi-ronment. In ordder to make the various environmental conditions in the thermal environmental chamber the proper cooling system is necessary to eliminate the heating load produced inside the chamber and to maintain the designed environmental condition. For this reason the optimal design of cooling system and the prediction of performance is also required. This paper describes the prediction of performance of cooling system in the thermal environmental chamber with the capacity of 37,000kcal/hr which is developed for the test of performance in heating mode of heat pump system, In the results this paper is trying to develop simulation program on the base of mathematical models and which can be applied effectively to the optimal design of cooling system and prediction of performance to the inside and outside change of envi-ronmetal load.
위성체는 우주공간의 고진공 상태와 태양 복사열에 의한 고온 및 극저온이 반복되는 가혹한 환경으로 인해 주요 부품의 기능장애가 초래되므로 발사전 지상에서 열진공 시험장비를 이용한 열진공시험을 수행한다. 우수한 성능의 위성체 부품의 검증을 위해서 열환경 시험 요구에 따라 균일한 복사열이 매우 중요하나, 시험 조건을 비롯하여 여러 원인으로 인하여 열전달의 불균일성이 발생하게 된다. 이로 인해 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 시험 조건에 의한 열전달량을 고려하여 적절한 히터파워를 선정하고 챔버 내에 적절한 방열판과 챔버 슈라우드의 열교환이 간섭이 없도록 장비를 운용해야 한다. 본 연구에서는 상용프로그램인 FLUENT를 이용하여 열진공 챔버 내부 벽면의 불균일한 복사열에 따른 비정상 열전달 특성에 대하여 수치해석을 수행한 뒤 시편의 온도 분포 및 열전달 특성에 대해 비교분석하였다.
생활수준이 향상됨에 따라 인간의 감성을 생활환경에 적용하려는 연구가 진행되고 있다. 감성에 영향을 미치는 요인은 다양하나 이 중에서도 열환경은 인간에게 미치는 정도가 어떠한 요인보다도 큰 것으로 알려져 있다. 열환경이라 함은 온도, 습도, 기류, 복사열을 말하며 이 요소들은 인간의 감성과 밀접한 관련을 지닌다. 실내의 열환경은 공조방식에 따라 크게 달라지며 본 연구에서는 천장분출과 바닥분출 공조방식의 비교실험을 수행하여 실내의 열환경을 평가한다. 두 공조방식을 여름철 사무실 공간을 모사하는 열환경챔버에 적용하여 실내의 온도, 기류, 복사온도, PMV의 분포를 측정한다. 실험 결과 바닥분출 공조방식이 쾌적성과 에너지 절약면에서 우수함을 알 수 있었다.
The present study has been conducted to tune a PID controller for large thermal systems such as a thermal environment chamber. In spite of large thermal mass of the thermal chamber under test, its response delay time was found to be negligible mainly due to high air recirculation rate. In general, heating and cooling capacities tend to be small compared the size of a thermal environment chamber, which leads to long transient periods of one hour or so. In the study, a PI tuning method is suggested which makes system responses faster while reducing overshoots and hunting by utilizing efficiently proportional band of actuators.
인공위성은 우주공간의 고진공 상태와 태양 복사열에 의한 고온 및 극저온이 반복되는 가혹한 환경으로 인해 주요 부품의 기능장애가 초래되므로 발사전 지상에서 열진공 시험장비를 이용한 열진공시험을 수행한다. 위성체의 열진공 시험에 사용되는 열교환기인 베이스플레이트(Baseplate)는 우주 열환경을 모사하기 위하여 직접 방열판 표면에 고온 및 저온의 유체를 공급하여 시험 요구에 따른 필요한 열을 공급하게 된다. 일반적으로 우수한 성능의 위성체 부품의 검증을 위해서 지상의 열환경 시험은 접촉식 히터 및 열교환기를 사용하게 되는데, 이때 적절한 히터 및 블로워 파워를 선정하고 챔버 슈라우드와 열교환에 있어 간섭이 없도록 장비를 운용해야 한다. 본 연구에서는 상용프로그램을 이용하여 열진공 시험용 베이스플레이트에 대하여 전산해석을 수행하였으며, 이를 통해 베이스플레이트 내의 작동 유체의 입구 압력에 의한 열진공 시험용 열교환기의 성능 특성을 관찰하였다.
본 연구에서는 14명의 남녀 대학생을 대상으로 열환경 챔버 내에서 여름철 열적 반응을 조사하였다. 여름철 온습도 범위에 해당하는 4가지 온도와 3가지 상대습도의 조합에 의한 8가지 조건에서 실험을 수행하였고, 주위 열환경에 대한 피험자의 심리적 반응을 살펴보기 위하여 전신온냉감과 쾌적감을 조사하였다. 조사결과를 국내 환경 실험실 연구 및 현장조사 결과와 비교하였고, 환경 실험실 연구 수행시의 문제점을 검토하였다.
본 연구는 인공위성 탑재품 열진공 시험시 적용된 열환경 조건, 탑재품 시험용 열진공 챔버의 형상, 위성체 내부의 열환경들을 고려하여 열진공 시험 과정을 모사하는 수치해석모델을 설계하여 열해석을 수행하였다. 피시험체인 탑재품과 열진공 챔버 구성요소의 시간에 따른 온도 변화를 보여주는 과도적(Transient) 해석 결과를 구할 수 있다. 열해석에 의한 성능향상 설계를 반영하여 업그레이드한 열진공 챔버를 이용한 탑재품 환경시험을 수행하였으며, 시험 결과와 열해석 결과에 대한 비교/검증을 수행하였다.
위성체는 지상에서 우주환경시험을 거쳐 기능 및 작동상태를 점검해야 하며, 이를 위해서는 우주환경을 모사 할 수 있는 우주환경 모사장비가 필요하다. 위성체 및 위성체의 부품 성능을 검증하기 위해 사용되는 열진공 챔버는 진공용기, 진공시스템, 열제어 시스템 등으로 구성이 된다. 특히, 고온 및 극저온의 열환경을 모사하는 열제어 시스템이 열진공 챔버의 핵심이라고 할 수 있으며, 열제어 시스템의 성능은 극저온 블로워의 성능에 의해 결정된다. 본 논문에서는 극저온 블로워의 유동 해석과 블레이드의 구조해석을 통해 원심팬을 설계 하였으며, 구동부와 유체부의 열전달 방지를 위한 열장벽, 모터의 과열 방지를 위한 냉각 시스템 등이 설계되었으며, 이는 열해석을 통해 검증 되었다. 최종적으로 성능실험을 수행하여 극저온 블로워의 성능을 확인하였다.
폐회로 열제어 시스템은 열진공 챔버의 온도를 $-150^{\circ}C{\sim}120^{\circ}C$와 같은 온도 조건으로 모사하기 위한 시스템으로, 극저온 블로워, 슈라우드, 히터, 극저온 밸브 등으로 구성된다. 본 연구는 우주 열환경 모사를 위한 폐회로 열제어 시스템의 설계 요소 정의 및 제어 변수별 실험 결과 등을 포함하고 있다. 폐회로 열제어 시스템 설계를 위해 설계 요소인 블로워 용량, 슈라우드 재질, 형태에 따른 특성 등의 분석을 수행 하였다. 폐회로 열제어 시스템의 극저온 블로워 필요 유량은 에너지 평형 방정식에 의해 결정되며, 제어는 작동 유체의 밀도 제어를 통해 제어된다. 밀도, 회전수와 같은 제어 변수별 실험을 통해 슈라우드 온도 분포 균질도 및 균일도를 측정하여 요구된 폐회로 열제어 시스템의 성능을 확인 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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