• 고무기술
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• 제11권1호
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• pp.12-26
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• 2010

각종 산업제품의 주요 부품으로 사용되고 있는 고무재료는 사용 중 온도변화에 의해 체적 또는 길이 변화를 수반할 수 있어 결과적으로 고무제품의 성능이나 효율이 영향을 받게 된다. 특히 고온에서 고무제품의 치수변화를 제한하거나 일정치수를 강제할 경우 열수축이나 열팽창에 의해 응력이 발생하게 된다. 따라서 온도 변화에 따른 열응력의 측정은 고무제품의 정밀성과 성능을 평가하는 중요한 수단을 제공한다. 본 연구에서는 고무소재의 열응력 측정을 위한 새로운 측정방법을 개발하였고 이와 관련 새로운 시험장치를 설계, 제작하였다. 고무시편에 일정 변형의 인장을 준 상태에서 가열하면 열응력이 발생한다. 이 때의 열응력은 고무분자 사슬들의 운동성에 기인하며 배향된 고무분자 사슬들이 열역학적으로 랜덤 사슬형태로 돌아가려는 엔트로피적 힘이다. 따라서 온도가 높을수록 그 수축력은 증가하게 된다. 또한 고무분자 사슬의 사전 변형이 증가하면 그 열응력은 증가한다. 이때 열응력은 측정시간이 지남에 따라 최대치에 도달한 후 완화되며 그 완화속도는 설정온도에 의해 영향을 받는다. 여기서는 온도변화에 따른 고무시편의 열응력 측정결과를 소개하고, 고무분자 사슬의 엔트로피 변화와 점탄성적 흐름, 그리고 가열에 따른 고무 시편의 팽창 또는 수축이 열응력에 미치는 영향 등을 논의하였다. 특히 천연고무와 SBR 고무시편의 열응력 차이를 분자사슬의 운동과 연관하여 검토하였고, 가교밀도와 가교시스템이 각각 다른 고무시편에 대해 열응력 발생과에 따른 상관관계를 고찰하였다. 또한 시편의 형태와 두께가 열응력 발생에 미치는 영향도 검토하였다. 충전 배합고무의 경우 열응력에 영향을 미치는 인자로 고무분자 사슬의 운동성과 가교밀도 외에 고무재료와 충전제 사이의 물리 화학적 상호작용도 매우 중요한 요소가 된다. 배합고무에서 충전제의 영향을 검토하기 위해 실리카와 카본블랙을 선택하였고 배합고무의 열응력을 각각 측정하여 이들의 보강효과가 열응력에 미치는 영향에 대해 논하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2009년도 춘계 학술대회 제21권1호
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• pp.385-386
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• 2009

콘크리트 구조물의 온도균열은 타설 초기 시멘트의 수화열에 의한 온도상승 및 강하에 따라 생기는 체적변화가 내부 또는 외부적으로 구속을 받아 발생하는 것으로, 댐과 같은 매스콘크리트 구조물일수록 온도균열 발생가능성은 높아진다. 이 연구는 성덕 다목적 댐의 수화열 해석을 통해 콘크리트 댐의 시공단계에서 타설 간격에 따른 수화열 발생의 비교 및 수화열에 의한 온도균열 발생 유무를 댐의 내외부 온도차가 수렴하는 장기간 동안에서 비교 분석 하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
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• pp.481-484
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• 2008

콘크리트 구조물의 온도균열은 타설 초기 시멘트의 수화열에 의한 온도상승 및 강하에 따라 생기는 체적변화가 내부 또는 외부적으로 구속을 받아 발생하는 것으로, 댐과 같은 매스콘크리트 구조물일수록 온도균열 발생가능성은 높아진다. 성덕 다목적댐은 경상북도 청송군에 건설 중인 중력식 다목적 댐으로, 분할 타설고 설정 및 수화열계측을 통한 균열유무 조사 등의 목적으로 가물막이댐 시험시공이 이루어졌다. 본 연구는 성덕 다목적댐 가물막이댐의 수화열 해석을 수행하여 분할 타설고에 따른 수화열 비교, 수화열에 의한 온도균열 발생 유무, 현장 계측 결과 값과의 비교 분석을 하고자 한다.열 비교, 수화열에 의한 온도균열 발생 유무, 현장 계측 결과 값과의 비교 분석을 하고자 한다.

• 에너지공학
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• 제24권3호
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• pp.135-141
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• 2015

중대사고시 핵연료와 원자로 내부 구조물이 용융되어 원자로용기의 하부에 재배치되면 밀도차이에 의하여 상부의 금속용융물층과 하부의 혼합물층으로 나누어진다. 하부 반구의 혼합물층에서는 지속적으로 붕괴열이 발생하고 이 열은 원자로용기의 건전성을 위협한다. 본 연구는 반구 내부의 체적 열원(Volumetric heat source)이 내재된 매질에서의 자연대류 열전달 현상을 물질전달 실험방법을 이용하여 모사하였다. 황산-황산구리의 구리도금계를 물질전달계로 사용하여 모사를 수행하였다. 수정 Rayleigh 수 $3{\times}10^{14}$에 대하여 Nusselt 수는 반구 하단에서 최소값을 보였고 곡면부를 따라 최상단으로 갈수록 증가하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제36권4호
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• pp.266-272
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• 2016

본 논문에서는 나노스케일 금속박막 내에서 체적종파가 전파하는 특성을 연구하였다. 실리콘(100) 기판 위에 150 nm 두께의 크로뮴 혹은 알루미늄 박막을 적층하여 시편을 제작하였으며, 펨토초 레이저 시스템으로 구성된 시간영역 열반사율 기법(time-domain theromoreflectance technique)을 이용하여 박막 표면으로부터 여기된 탄성파가 박막과 기판의 계면에서 반향될 때 발생하는 신호를 검출하였다. 체적종파의 거동을 모사하는 열탄성 방정식을 수치해석적으로 풀어 측정값과 곡선맞춤함으로써 박막의 체적종파 속도와 탄성계수를 평가할 수 있었으며, 결과를 문헌값과 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 본 연구로부터 확립된 레이저 계측법은 나노재료의 특성평가에 적합함을 보여주며, 이는 기존의 접촉식 파괴식 검사법의 한계를 뛰어넘을 대안을 제시한다.

• 에너지공학
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• 제14권1호
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• pp.24-29
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• 2005

화재시 진화와 건물 보호에 이용되는 소화용 폼의 성능을 평가하기 위해 폼의 열적 특성을 실험적으로 연구하였다. 본 논문은 열복사에 노출된 소방용 폼의 소멸에 대한 연구이다. 화재시 노출된 소화용 폼의 특성을 조사하기 위한 간단하고 반복적인 실험이 가능한 실험장치를 제작하였다. 실험장치는 폼 생성장치, 복사열 발생장치, 데이터 획득장치로 구성하였다. 실험을 수행한 결과, 폼 내부 온도는 15℃～20℃까지는 유사한 양상을 보이다가 약 90℃까지 급격히 상승하였다. 시간경과에 따른 폼 내부의 온도 기울기는 비체적이 커짐에 따라 증가하였다. 또한 폼 깊이에 따른 온도 기울기는 폼 비체적이 커짐에 따라 감소하였다.

• 에너지공학
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• 제12권1호
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• pp.29-34
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• 2003

압력파의 일종인 열음향파는 압축성유체를 급속히 가열 또는 냉각하는 경계면 근처에서 유체가 순간적으로 압축 및 팽창하는 경우에 발생하는 현상으로 자연대류가 일어나지 않는 우주공간에서는 매우 중요한 열전달 메커니즘이다. 본 연구에서는 공기로 채워진 공간에서 급속한 가열에 의하여 발생한 열음향파의 전달특성을 수치적인 방법에 의하여 평가하고자 유한체적법을 기반으로 비정상 지배방정식을 이산화하였으며, PISO알고리즘과 2계 상향기법을 적용하여 해석을 수행하였다. 안정적인 수치해는 50 $\times$ 800 개의 셀과 1 $\times$ $10^{-9}$ 시간간격을 적용하여 얻을 수 있었으며, 생성된 열음향파는 유체 속을 통과하면서 점성과 열소산에 의하여 점점 감쇠하여 가는 경향을 보였다. 생성된 압력파는 날카로운 전단과 점점 감소하여 길게 늘어지는 후단부를 갖는 형상을 보였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
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• pp.249-252
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• 2008

최근 대규모화된 건축 구조물에서 매스콘크리트 형식의 구조체가 많이 적용됨에 따라 수화열에 의한 온도균열의 발생이 가장 큰 문제점으로 대두되고 있다. 매스콘크리트의 온도균열은 타설 후 시멘트의 수화열에 의한 온도상승 및 강하에 따라 생기는 체적변화가 내부 또는 외부적으로 구속을 받아 발생하는 것으로, 이를 제어하기 위한 수화열 저감대책이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 저발열배합 및 수화발열량차를 이용하여 분할타설된 매스콘크리트를 대상으로 양생조건에 따른 열전달계수 변화를 고려한 수화열 해석을 수행한다. 이를 위한 해석모델은 분할타설을 고려하여 상부층은 일반콘크리트를 타설하고 하부층은 저발열배합 콘크리트를 타설한다. 분할타설된 매스콘크리트는 외기노출 부분과 거푸집 부분, 양생조건부분이 다르기 때문에 그에 따른 대류경계조건을 설정한다. 이에 따라 저발열배합 및 분할타설, 열전달계수 변화 등을 고려한 수화열 해석결과를 통해 온도분포 및 응력분포를 확인하고, 온도균열저감효과를 분석한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권9호
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• pp.610-616
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• 2020

본 연구에서는 대한민국 해군 함정의 하절기 운용 및 적도지병 파병 간 발생하고 있는 VRTU 과열로 인한 고온경보 발생과 장비정지 발생현상을 해결하기 위하여 해군 군수사령부 함정기술연구소와 공동연구를 수행하였다. 열전소자 냉각장치 설치에 따른 냉각효과를 확인하고, 전산 열 유동해석을 수행하여 VRTU 내부 열 유동특성을 분석하였다. 또 해석을 통해 기관실(디젤엔진룸) 내부의 온도분포를 살펴보고 VRTU 과열방지를 위한 최적의 설치위치를 알아보았다. 분석결과, 냉각장치를 설치함에 따라 VRTU 내부 평균 체적온도가 약 10 ℃ 감소하는 것을 확인하였으며 냉각장치에 설치된 Fan은 열 순환을 원활하게 하여 냉각효과를 높였다. 기관실 내부는 디젤엔진 상부에서 높은 온도분포를 나타냈고 통풍관 디퓨저 하부에서 가장 낮은 온도분포를 보였다. 열전소자 냉각장치는 높은 냉각성능을 나타내었으며, VRTU는 과열방지를 위하여 기관실의 통풍관 디퓨저 하부에 설치하는 것이 적절할 것으로 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.69-69
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• 2011

태양열 발전 플랜트에 사용되는 중고온 범위의 축열조에 고체-액체간 상변화를 수행하는 용융염을 축열물질로 사용하면 액체상 또는 고체상만으로 된 열저장 매체에 비해 축열조의 규모를 축소함과 동시에 축열온도의 균일성 향상에 기여할 수 있다. 중온인 $250{\sim}400^{\circ}C$ 범위에서 이용 가능한 용융염으로는 질산칼륨($KNO_3$), 질산리튬($LiNO_3$)등이 있다. 그러나 이러한 용융염의 가장 큰 단점은 열전도율이 매우 낮다는 것이며, 이로 인해 요구되는 열전달률을 성취하기 위해서는 많은 열접촉면적이 필요하다는 것이다. 이러한 단점을 극복하는 방법을 도입하지 않고서는 축열시스템의 소규화를 성취하는데 큰 효과를 가져올 수 없다. 한편 열수송 성능이 탁월한 히트파이프를 사용하면 열원 및 열침과 축열물질 사이의 열전달 효율을 증가시켜 시스템의 성능 향상과 동시에 소규모화에 기여할 수 있다. 중온 범위 히트파이프의 작동유체로서 다우섬-A(Dowtherm-A)는 $150^{\circ}C$이상 $400^{\circ}C$까지의 범위에서 소수에 불과한 선택적 대안 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 용융염을 사용하는 중온 태양열축열조에 적용 가능한 다우섬-A 히트파이프의 성능을 파악하여 기술적 자료를 제시하고자 하였다. 열원으로는 고온 고압의 과열증기, 그리고 열침으로는 중온의 포화증기를 고려하였다. 용융염 축열조를 수직으로 관통하는 히트파이프는 하단부에서 열원 증기와 열교환 가능하며, 중앙부에서 축열물질과 열교환하고, 상단부에서는 중온 증기와 접촉할 수 있도록 배치하였다. 축열모드에서는 히트파이프의 하단부가 증발부로 작동하고, 중앙부가 응축부로 작동하여 용융염으로 열을 방출하면 용융염의 온도가 상승하고 용융점에 도달하면 액상으로의 상변화가 진행되면서 축열이 활성화된다. 축열모드에서 히트파이프의 상단부는 단열부로 작동한다. 방열과정에서는 히트파이프의 하단부가 단열된 상태이고, 중앙부는 용융염으로부터 열을 받아 증발부로 작동하며, 상단부는 중온 증기로 열을 방출하므로 응축부로 작동한다. 즉, 축열시스템의 작동모드에 따라 하나의 히트파이프에서 증발부, 응축부, 단열부의 위치가 변하게 된다. 특히, 히트파이프의 중앙 부분이 응축부에서 증발부로 전환될 때에도 작동이 보장되려면 내부 작동유체의 연속적인 재순환이 가능해야 하므로, 일반 히트파이프에서와는 달리 초기 작동액체의 충전량을 증발부 전체의 체적보다 더 많이 과충전해야 한다. 이러한 히트파이프의 성능 파악을 위한 실험에서 고려한 변수들은 열부하, 작동액체의 충전률, 작동온도 등이며, 열수송 성능의 지표로서는 유효열전도율과 열저항을 이용하였다. 중온범위에서 적정한 작동온도를 성취하기 위해 실험에서는 전압 조절기로 열부하를 조절하는 동시에 항온조로 응축부의 냉각수 입구 온도를 제어하였다. 하나의 히트파이프에 대해서 최대 1 kW까지의 열부하에서 냉각수 입구 온도를 $40^{\circ}C$에서 $80^{\circ}C$ 범위로 변화시키면 히트파이프 작동온도를 약 $250^{\circ}C$ 내외로 조절 가능하였다. 히트파이프 작동액체 충전률은 윅구조물의 공극 체적을 기준으로 372%에서 420%까지 변화 시켰다. 실험 결과를 토대로 열저항과 유효 열전도율을 각각 입력 열유속, 작동온도, 작동액체 충전률 등의 함수로 제시했다. 동일한 냉각수 온도에서는 충전률이 높을수록 히트파이프의 작동온도가 감소하였다. 열저항 값의 범위는 최소 $0.12^{\circ}C/W$에서 최대 $0.15^{\circ}C/W$까지로 나타났으며 유효 열전도율의 값은 최소 $7,703W/m{\cdot}K$에서 최대 $8,890W/m{\cdot}K$까지 변화했다. 최소 열저항은 충전률 420%인 경우에 나타났는데 이때의 작동온도는 약 $262^{\circ}C$이었다. 히트파이프의 작동한계로서 드라이아웃(dry-out)은 충전률 372%의 경우에 열부하 950 W에서 발생하였으나, 그 이상의 충전률에서는 열부하 1060 W까지 작동한계 발생이 관찰되지 않았다. 실험 결과 본 연구에서의 히트파이프는 중온 태양열 축열조에 적용되어 개당 약 1 kW의 열부하를 이송하면서 축열물질 및 축방열 대상 유동매체와 열교환을 하는데 사용하는데 충분할 것이라 판단된다.