• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.37 no.4
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• pp.331-341
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• 2013

In a solar domestic hot water (SDHW) system, solar energy is collected using collector panels, transferred to a circulating heat transfer fluid (brine), and eventually stored in a thermal storage tank (TST) as hot water. In this study, a computational fluid dynamics (CFD) model was developed to predict the solar thermal energy storage in a hybrid-type TST equipped with a helical jacket heater (mantle heat exchanger) and an immersed spiral coil heater. The helical jacket heater, which is the brine flow path attached to the side wall of a TST, has advantages including simple system design, low brine flow rate, and enhanced thermal stratification. In addition, the spiral coil heater further enhances the thermal performance and thermal stratification of the TST. The developed model was validated by the good agreement between the CFD results and the experimental results performed with the hybrid-type TST in SDHW settings.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.133-133
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• 2012

기후변화에 관한 정부 간 패널 IPCC의 4차 보고서에 의하면 지난 100년간 지구 평균 기온의 선형추세선 기울기가 $0.74^{\circ}C$/년을 보이고 있으며 21세기말 지구의 평균기온은 최대 $6.3^{\circ}C$까지 더 상승할 것으로 전망하고 있다. 이러한 대기기온의 상승은 저수지 및 하천의 수온과 밀접한 관계를 지니는데, 저수지 표층 수온 및 유입 하천의 수온을 증가시켜 저수지 수온 성층형성시기를 앞당겨 성층화 기간을 증가시키고 또한 성층강도도 증가하게 된다. 이러한 수온성층기간 및 강도의 증가는 심수층의 용존산소 고갈과 이에 따른 퇴적층의 영양염류 용출량을 증가시켜 저수지 수질관리에 어려움을 야기할 것으로 전망되고 있다. 특히 온대기후대에 속하는 우리나라의 대부분의 대형 인공 저수지는 여름철 뚜렷한 수온성층구조가 확인되고 있어 대기기온 상승이 수온성층구조에 미치는 영향을 분석하는 것은 미래 기후변화에 대비한 저수지 수질관리 전략 수립을 위해 필요한 기초 연구라 판단되어진다. 본 연구에서는 2차원 횡방향 평균 수치모형(CE-QUAL-W2)을 활용하여 대기 온도 변화에 따른 충주호의 수온분포를 모의하고 수온 성층구조의 변동경향을 분석하였다. 지구 온난화 영향 모의에 앞서 2010년과 2008년의 충주호 수문조건에 모형을 적용하여 수온 성층구조의 재현성을 확인하였다. 미래 대기기온 자료는 국립기상연구소에서 제공하는 한반도 기후전망 모의자료(RCM) 중 충주댐 유역의 평균 기온자료를 수집하여 사용하였으며, 모의연도는 2011, 2040, 2070, 2100으로 하였다. 또한, 대기기온과 유입수온 자료를 제외한 모든 입력자료는 보정년도인 2010년과 동일하다고 가정하여 대기기온 변화의 영향만을 고려하였다. 2011년에 비해 2100년의 대기기온이 연평균 $2.44^{\circ}C$ 증가하였을 때 표층수온은 평균 $1.72^{\circ}C$, 최대 $4.31^{\circ}C$ 증가하는 것으로 나타났으며, 심층수온은 평균 $0.36^{\circ}C$, 최대 $1.33^{\circ}C$ 증가하는 것으로 나타났다. 성층구조 형성기간의 비교를 위해 표층과 심층의 수온이 $5^{\circ}C$ 이상의 차이를 보이는 기간을 조사한 결과 2011년에 비해 2100년에서 5일 일찍 시작되어 11일 더 지속되는 것으로 나타났다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.5
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• pp.449-456
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• 2010

The HCCI engine is a prospective internal combustion engine with which high diesel-like efficiencies and very low NOx and particulate emissions can be achieved. However, several technical issues must be resolved before HCCI engines can be used for different applications. One of the issues concerning the HCCI engine is that the operating range of this engine is limited by the rapid pressure rise caused by the release of excessive heat. This heat release is because of the self-accelerated combustion reaction occurring in the engine and the resulting engine knock in the high-load region. The purpose of this study is to evaluate the role of thermal stratification and fuel stratification in reducing the pressure rise rate in an HCCI engine. The concentrations of NOx and CO in the exhaust gas are also evaluated to confirm combustion completeness and NOx emission. The computation is carried out with the help of a multizone code, by using the information on the detailed chemical kinetics and the effect of thermal and fuel stratification on the onset of ignition and rate of combustion. The engine is fueled with dimethyl ether (DME), which allows heat release to occur in two stages, as opposed to methane, which allows for heat release in a single stage.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.13 no.6
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• pp.1330-1338
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• 1989

본 연구에서는 직각밀폐용기의 수평경계면이 단열인 경우뿐만 아니라 등온 조건을 갖는 경우에 대해 실험적으로 연구하여 경계조건의 변화가 직각밀폐용기내 흐름 및 열전달에 미치는 영향, 특히 등온조건을 갖는 경우 수직 온도차에 따르는 안정온도 구배효과로 예상되는 흐름의 억제, 지연효과를 작종 물리적 변수들의 영향과 함께 세밀히 조사하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.38 no.11
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• pp.973-984
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• 2005

A three-dimensional thermal hydrodynamic model is developed for carrying out unsteady simulation of the selective withdrawal of the stably stratified flow in a geometrically complex, natural reservoir The governing equations are discretized on a non-staggered grid using a second-order accurate, finite-volume scheme. The numerical model is validated by applying it to simulate three-dimensional, turbulent, stratified, shear-layer flow case. The numerical predictions appear to capture reasonably well the general shape of velocity and temperature profiles observed in the laboratory experiments, while significant overestimation of the magnitude of velocity profiles is observed in the application to the flow in a natural reservoir. The physics of selective withdrawal as emerge from the numerical simulations are also discussed.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.43 no.10
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• pp.911-920
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• 2010

The closed water bodies, such as reservoirs and lakes, could be contaminated by an inflow of pollutants in the upstream as well as a stratification caused by seasonal natural phenomena. The vertical circulation particularly plays an important role in reduction of environmental pollutants. The factors of the vertical circulation are the temperature, wind, thermal diffusivity and sunlight. The wind is probably the most significant factor among them. Thus, it is necessary to describe the validation and application of a three-dimensional numerical model of wind-induced circulation in a thermally stratified flow. In this paper, a three-dimensional numerical model for the thermally stratified flows is presented. The model is conducted in three steps to calculate the velocity components from the momentum equations in x- and y- axis directions, the elevations from the free surface equation and the temperature from the scalar transport equation. Numerical predictions are compared with available analytical solutions for the sloshing free surface movement in a rectangular basin. The numerical results generally show a reasonable agreement with analytical solutions. And the model is applied to the circulation for the wind induced flow in a thermally stratification. Consequently, the developed model is validated by two verifications and phenomena of the internal flow.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.04a
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• pp.300-303
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• 2008

The stratification effect was investigated with four different types of diffuser shape in a thermal storage tank. For this study, experimental facility was constructed, which was composed of experimental thermal storage tank, hot and cold water storage tanks, boiler, chiller, data acquisition system, etc.. Visualization and lab scale experimental result showed that radial curved type diffuser was the highest degree of stratification among the four diffuser shapes.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.29 no.3
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• pp.105-110
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• 2017

Underfloor air distribution (UFAD) is an air distribution strategy for providing ventilation and space conditioning in buildings. UFAD systems use the underfloor plenum beneath a raised access floor to provide conditioned air through floor diffusers that create a vertical thermal stratification during cooling operations. Thermal stratification has significant effects on energy, indoor air quality, and thermal comfort performance. The purpose of this study was to characterize the influence of a linear bar grille diffuser on thermal stratification in both interior and perimeter zones by developing Gamma-Phi based prediction models. Forty-eight simulations were carried out using a Computational Fluid Dynamics (CFD) technique. The number of diffusers, the air flow supply, internal heat gains, and solar radiations varied among the different cases. Models to predict temperature stratification for the tested linear bar grille diffuser have been developed, which can be directly implemented into dynamic whole-building simulation software such as EnergyPlus.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.78-78
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• 2011

수자원 확보를 위해 건설된 저수지는 내외부위의 여러 가지 환경영향으로 인해 수질문제가 종종 발생한다. 이런 수질문제에 대처하기 위해 다양한 형태의 수질개선 장치가 고안되어 적용되고 있으며, 물순환장치도 그 중에 하나이다. 물순환장치는 수층에 산소를 공급하고 표층의 조류제어, 이취미 제거 등 다양한 목적으로 사용된다. 본 연구에서는 저수지에 설치된 대류식 물순환장치의 수질개선 효과를 평가해 보았다. 수체가 큰 저수지에서의 조사는 매우 어려운 점이 있으나, 조사방법은 물순환장치로 부터 일정거리에서 수심별 수질조사를 실시하였으며, 물순환장치가 가동되는 지역과 장치가 없는 지역에 대한 조사를 실시하여 그 차이 만큼을 수질개선 효과로 평가하였다. 현장조사는 물순환장치로부터 1m, 3m, 5m, 7m, 10m, 13m, 15m 떨어진 지점에서 유속과 수질조사를 실시하였으며, 유속은 표면유속만 측정하였고 수질은 수표면에서부터 저수지 바닥까지 조사를 실시하였다. 조사기간 동안 수체의 물리적 조건은 계절에 따라 다양한 변화를 보였으나, 양수된 저층수의 흐름은 수평방향으로 흘러들어가면서 온도변화에 따라 혼합되거나 하강하는 것으로 나타났다. 심층 혐기성층이 발달된 상황에서 물순환장치의 가동은 물순환장치 흡입구 근처의 혐기성층을 흡입하여 표층으로 확산시켰고 이로인해 주변의 수체가 물순환장치 흡입구로 밀려오면서 심층의 혐기성층이 약화되는 현상을 나타냈다. 조류가 발생한 기간중에 물순환장치에 의한 조류제어 효과는 심층수가 상승하여 확산되는 수평방향으로 반경 약 10m 지점까지 조류농도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며 조류농도가 낮아지는 기간에는 그 영향범위가 조금 적어지는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼때 저수지에 설치되어 운영되는 대류식 물순환장치는 심층의 혐기화 개선과 표층의 조류제어에 효과가 있는 것으로 판단할수 있으나, 조류제어에 대해서는 좀 더 심도있는 조사가 필요할 것으로 판단되었다.

• Journal of the Korean Geographical Society
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• v.38 no.2
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• pp.145-155
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• 2003

In this research, the primary factors affected to the formation of lake current of surface layer and thermal stratification of temperate lake have been analyzed, the daily change of water temperature, relationship with lake current and the research about the elements of meteorological phenomenon have been implemented. As a result, the lake current of surface layer occurring while the period of thermal stratification is showing the proportional difference of water temperature, thermal exchange caused by this has been known as the main energy source, and this is, secondly, considering as the interaction of the wind driven current by the prevailing wind. On the other hand, during the night time when the water surface is cooled, and it is considering as the vertical convection is occurring than horizontal circumfluence. Also, there exists the water mass, which is circumfluent counterclockwise and clockwise direction separately. The prevailing md is rather affected to the moving direction and moving speed of water mass, but it doesn't affect to the whole flowing direction.