• 한국재료학회지
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• 제27권11호
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• pp.609-616
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• 2017

We investigated a Leidenfrost effect in the growth of ZnO nanostructures on silicon substrates by ultrasonic-assisted spray pyrolysis deposition(SPD). Structural and optical properties of the ZnO nanostructures grown by varying the growth parameters, such as substrate temperature, source concentration, and suction rate of the mist in the chambers, were investigated using field-emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and photoluminescence spectrum analysis. Structural investigations of the ZnO nanostructures showed abnormal evolution of the morphologies with variation of the substrate temperatures. The shape of the ZnO nanostructures transformed from nanoplate, nanorod, nanopencil, and nanoprism shapes with increasing of the substrate temperature from 250 to $450^{\circ}C$; these shapes were significantly different from those seen for the conventional growth mechanisms in SPD. The observed growth behavior showed that a Leidenfrost effect dominantly affected the growth mechanism of the ZnO nanostructures.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.126.1-126.1
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• 2015

A quantitative relationship between Leidenfrost point and surface characteristics such as surface material and roughness is investigated. Based on the relationship, we have fabricated the surfaces with their Leidenfrost points (LFP) tuned by controlling surface coating and structures. As discovered by Leidenfrost, liquids placed on a hot plate levitate on the gas phase-air gap formed by the vaporization of liquids. This phenomenon is called 'Leidenfrost effect'. A change of LFP has attracted many researchers for several years but the ability to tune LFP is still a remaining issue. Many of previous work has progressed for various conditions so the systematic approach and analysis are needed to clearly correlate the LFP and the surface conditions. In this report, we investigate a relation of surface energy and LFP using various coating materials such as Octadecyltrichlorosilane (OTS) and 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctyltrichlorosilane (FOTS). Also, we analyze how surface roughness affects LFP via surface micro structuring with ICP-RIE fabrication process. The improved understanding can have potential applications such as the control of liquid droplet behavior at elevated temperatures for efficient cooling system.

• 한국가시화정보학회지
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• 제18권1호
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• pp.18-25
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• 2020

The droplet impact behavior is dominated by some parameters such as surface temperature, We number, surface and fluid property. Especially, Leidenfrost effect which prevents the contact between surface and droplet is very powerful phenomenon for determining droplet impact behavior. Due to this effect, the impact regime is divided into contact boiling regime and film boiling regime whether the droplet contact with the surface. Many studies have found that surface micro-structures which processed by surface processing are effective to overcome the Leidenfrost effect. In this study, droplet impact behaviors were compared using ethanol both on flat and laser-ablated Al surface. On the flat surface, impact regime was mainly divided by surface temperature. And there is key dominant parameter for each regime. On the laser-ablated surface, we could see changed impact regime and different impact behavior such as jetting and ejection of tiny droplets despite of same impact conditions.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권7호
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• pp.567-578
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• 2015

Leidenfrost 온도 이상으로 가열된 벽면과 충돌하는 액적의 속도가 열전달 특성에 미치는 영향에 관한 실험 연구를 수행하였다. 동기화된 초고속 가시화 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 벽면과 충돌하는 액적의 충돌 특성과 충돌면의 온도 분포를 측정하였다. 획득한 표면온도 분포를 충돌면의 경계 조건으로 이용하여 가열 벽면의 3차원 비정상 열전도 수치해석을 통해 표면 열유속 분포를 얻었다. 수직방향 충돌속도가 증가할수록 최대 액막 직경이 증가하고 가열 벽면과 액막 사이에 존재하는 증기막의 두께가 감소하여 열전달 효율이 증가하였다. 액적은 웨버수가 30보다 작은 경우 되튐현상이 발생하였으며, 큰 경우 작은 액적들로 분쇄되어졌다. 충돌속도에 의한 열전달량의 증가 경향이 되튐영역에서 분쇄영역에서 가면서 약화되었으며, 이는 분쇄현상에 의해 유효 열전달 면적의 확대 효과가 저감되었기 때문으로 해석된다.

• 플랜트 저널
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• 제16권3호
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• pp.42-46
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• 2020

FLNG 혹은 FSRU와 같이 대량의 LNG를 처리하는 공정에서의 LNG 누출 사고 시, 강재의 급격한 온도변화는 구조물의 취성파괴를 야기시킬 가능성이 있다. 본 논문에서는 극저온 유출 실험을 통해 극저온 유체가 강판에 형성되는 원리 및 과정을 알아보고, 노즐로부터의 거리 및 노출시간에 따른 강판의 온도변화의 상관관계를 분석하고자 한다. 극저온 유체는 LN2(비점 -192℃) 및 LNG(비점 -162℃) 두 가지 종류를 사용하였으며, 유출량은 LN2의 경우 1.6L/min 및 LNG 1.5L/min로 강판의 상부에서 분사하였다. 강재는 DH계열 이용하였으며, 총 10 지점에서 온도를 측정하였다. 실험 결과 극저온 유출 초기 강재표면에서 Leidenfrost 효과가 관찰 되었으며, 극저온 유체가 흐르는 경로 및 유체의 증발열에 차이에 따라 강재의 온도분포가 다르게 나타나는 것을 발견하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권3호
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• pp.508-519
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• 2020

During transients or accidents, the reactor core is uncovered, and droplets entrained above the quench front collides with the uncovered fuel rod surface. Droplet impact cooling can reduce the peak cladding temperature. Besides zirconium-based cladding, versatile accidental tolerant fuel (ATF) claddings, including FeCrAl, have been proposed to increase the accident coping time. In order to investigate the effect of surface properties on droplet impact cooling of cladding surfaces, the droplet impact phenomena are photographed on the FeCrAl and zircaloy-4 (Zr-4) surfaces under different conditions. On the oxidized FeCrAl surface, the Leidenfrost phenomenon is not observed even when the surface temperature is as high as 550 ℃ with We > 30. Comparison of the impact behaviors observed on different materials shows that nucleate and transition boiling is more intensive on surfaces with larger thermal conductivity. The Leidenfrost point temperature (LPT) decreases with the solid thermal effusivity (${\sqrt{k{\rho}C_p}}$). However, the CHF temperature is relatively insensitive to the surface oxidation and Weber number. Droplet spreading diameter is analyzed quantitatively in the film boiling stage. Based on the energy balance a correlation is proposed for droplet maximum spreading factor. A mechanistic model is also developed for the LPT based on homogeneous nucleation theory.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권4호
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• pp.90-95
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• 2016

Leidenfrost drops with ellipsoidal shaping can control the bouncing height by adjusting the aspect ratio(AR) of the shape at the moment of impact. In this work, we focus on the effect of the AR and the impact Weber number(We) on the non-axisymmetrical spreading dynamics of the drop, which plays an important role in the control of bouncing. To understand the impact dynamics, the numerical simulation is conducted for the ellipsoidal drop impact upon the perfect non-wetting solid surface by using volume of fluid method, which shows the characteristics of the spreading behavior in each principal axis. As the AR increases, the drop has a high degree of the alignment into one principal axis, which leads to the consequent suppression of bouncing height with shape oscillation. As the We increases, the maximum spreading diameters in the principal axes both increase whereas the contact time on the solid surface rarely depends on the impact velocity at the same AR. The comprehensive understanding of the ellipsoidal drop impact upon non-wetting surface will provide the way to control of drop deposition in applications, such as surface cleaning and spray cooling.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제35권4호
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• pp.274-285
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• 2003

Film boiling heat transfer coefficients for a downward-facing hemispherical surface are measured from the quenching tests in DELTA (Downward-boiling Experimental Loop for Transient Analysis). Two test sections are made of copper to maintain Bi below 0.1. The outer diameters of the hemispheres are 120 mm and 294 mm, respectively. The thickness of both the test sections is 30 mm. The effect of diameter on film boiling heat transfer is quantified utilizing results obtained from the two test sections. The measured heat transfer coefficients for the test section with diameter 120 mm lie within the bounding values from the laminar film boiling analysis, while those for diameter 294 mm are found to be greater than the numerical results on account of the Helmholtz instability. There is little difference observed between the film boiling heat transfer coefficients measured from the two test sections. In addition, the higher thermal conductivity of copper results in the higher minimum heat flux in the tests. For the test section of diameter 120 mm, the Leidenfrost point is lower than that for the test section of diameter 294 mm. Destabilization of film boiling propagates radially inward for the 294 mm test section versus radially outward for the 120 mm Test Section.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권5호
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• pp.459-465
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• 2013

열연 판재 제조과정에서는 제품의 강도와 인성을 제어하기 위해 압연 직후 $800^{\circ}C$ 이상의 고온 소재를 수냉각 방식으로 급속 냉각시킨다. 이 과정에는 소재 표면과 냉각수 사이의 비등 열전달 현상과 소재 표면에 쌓이는 체류수의 자유표면 유동, 소재의 고속 주행 등 매우 복잡한 물리현상들을 포함하고 있다. 본 연구에서는 이 모든 물리 현상들을 수치적으로 모델링한 해석 모델을 적용하여 기본 열전달 해석을 수행한다. 실제로 소재는 냉각에 의해 내부에서 오스테나이트로부터 페라이트로 상변태가 일어나고 이로 인해 소재의 국부적인 열물성치의 변화가 발생하지만 본 연구에서는 상변태를 직접 푸는 방법 대신 이미 알려진 소재의 온도에 따른 물성변화 곡선을 이용하여 냉각해석을 수행하고 이를 기존의 일정 물성치 조건에서 해석한 결과와 비교하여 소재의 물성변화가 소재 냉각에 미치는 영향과 상변태 해석의 필요성에 대해 검토하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권12호
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• pp.1051-1056
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• 2014

열간 압연을 거친 $800^{\circ}C$ 이상의 고온 철강 판재는 일반적으로 다중 봉상 수분류(multiple circular water jets)에 의해서 급속 냉각된다. 이 과정은 소재의 온도가 냉각수의 끓는점보다 훨씬 높기 때문에 소재 표면과 냉각수 사이에 막비등 열전달 현상이 발생하며 소재 표면에 매우 얇은 증기층이 형성되며, 이 증기층은 소재와 냉각수의 열교환을 방해하는 중요한 열저항으로 작용한다. 본 문제에는 비등 열전달 이외에도 소재 표면에 쌓이는 체류수의 자유표면 유동, 소재의 고속 주행 등 복잡한 물리현상들이 복합적으로 작용하고 있다. 본 논문에서는 이 모든 물리현상들을 동시에 고려할 수 있는 해석 절차를 적용하여 일정한 속도로 주행하는 고온 철강 판재의 상하부 동시 냉각 과정을 3 차원 수치해석 하였으며, 소재 상부 및 하부 면의 냉각 특성을 비교하였다.