To keep the superconducting (SC) magnet coils of KSTAR at proper operating conditions, not only the coils but also other cold components, such as thermal shields (TS), magnet structures, SC bus-lines (BL), and current leads (CL) must be maintained at their respective cryogenic temperatures. A helium refrigeration system (HRS) with an exergetic equivalent cooling power of 9kW at 4.5K without liquid nitrogen $(LN_2)$ pre-cooling has been manufactured and installed for such purposes. In this proceeding, we will present the commissioning and initial operation results of the KSTAR HRS. Circuits which can simulate the thermal loads and pressure drops corresponding to the cooling channels of each cold component of KSTAR have been integrated into the helium distribution system of the HRS. Using those circuits, the performance and the capability of the HRS, to fulfill the mission of establishing the appropriate operating condition for the KSTAR SC magnet coils, have been successfully demonstrated.
As microchips' degree of integration is getting higher, its cooling problem becomes important more than ever. One of the promising methods is using fractal microchannel heat sink by mimicking nature's Murray networks. However, most of the related works have been progressed only by numerical analysis. Perhaps such lack of direct experimental studies is due to the technical difficulty of the temperature and heat flux measurement in complex geometric channels. Here, we demonstrate the direct visualization of in situ temperature profile in a fractal microchannel heat sink. By using the temperature-sensitive fluorescent dye and a transparent Polydimethylsiloxane window, we can map temperature profiles in silicon-based fractal heat sinks with various fractal scale factors (a=1.5-3.5). Then, heat transfer rates and pressure drops under a fixed flow rate were estimated to optimize hydrodynamic and thermal characteristics. Through this experiment, we found out that the optimal factor is a=1.75, given that the differences in heat transfer among the devices are marginal when compared to the variances in pumping power. This work is expected to contribute to the development of high-performance, high-efficiency thermal management systems required in various industrial fields.
전형적인 하이브리드 모터의 연소 불안정 현상인 DC-Shift는 비선형적 특성을 갖는다. DC-Shift는 두 가지 형태로 나타나게 되는데, 압력이 급격하게 상승하는 양의 DC-shift와 연소 도중에 압력이 갑자기 감소하는 음의 DC-shift로 구분된다. 이 논문에서는 산화제 공급 유동 조건을 다양하게 변화시켜 음의 DC-shift 현상을 유도하고 산화제 공급 유동조건과 하이브리드 로켓이 갖고 있는 기본적인 주파수와 Helmholtz 주파수, 음향모드와의 공진을 유도하여 음의 DC-shift 현상의 발생 조건과 특징에 대하여 알아보았다. 실험 결과 연소 중 수백 Hz 대역의 압력 주파수 이동을 확인하였으며, 음의 DC-Shift가 연소로 발생하는 주파수와 유동의 흐름으로 인한 주파수간 위상이 상호 감쇠되어 발생한 것으로 나타났다. 향후 연소 중 나타나는 주파수의 변화에 따른 DC-Shift 현상에 대해서는 계속 연구되어야 한다.
A study has been conducted to develop an aluminum EGR cooler for the LPL EGR system of a diesel engine. Aluminum has a much lower density and thermal conductivity that is about 12 times or more than that of stainless steel, so it is advantageous for use in an EGR cooler for weight reduction and cooling performance effects. A design process has been carried out to ensure heat dissipation performance in a restricted space to investigate the geometric parameters and satisfy the requirements for pressure drops at both fluid sides. The tubes of exhaust gas have been designed as extruded tubes. An aluminum EGR cooler consisting of extruded tubes entails a simpler manufacturing process compared to a stainless steel EGR cooler with conventional heat transfer fins. A prototype has been manufactured from the final model selected through the design process. The performance of the aluminum EGR cooler was evaluated and compared with that of the conventional one. The weight of the aluminum EGR cooler is reduced by 22.9%, while performance is significantly improved.
In an effort to illustrate the global variation of SMD (Sauter mean diameter, or $D_{32}$) and AMD (Arithmetic mean diameter, or $D_{10}$) at five axial downstream locations (i. e., at Z=30, 50, 80, 120, and 170 mm) under the different experimental conditions, the radial coordinate is normalized by the spray half-width. Experimental data to analyze the atomization characteristics concerning with an internal mixing type have been obtained using a PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer). The air injection pressure was varied from 40 kPa to 120 kPa. In this study, counterflowing internal mixing nozzles manufactured at an angle of $15^{\circ}$with axi-symmetric tangential-drilled four holes have been considered. By comparing the results, it is clearly possible to discern the effects of increasing air pressure, suggesting that the disintegration process is enhanced and finer spray droplets can be obtained under higher air assist. The variations in $D_{32}$ are attributed to the characteristic feature of internal mixing nozzle in which the droplets are preferentially ejected downward with strong axial momentum, and dispersed with the larger droplets which are detected in the spray centerline at the near stations and smaller ones are generated due to further subsequent breakup by higher shear stresses at farther axial locations. The poor atomization around the centre close to the nozzle exit is attributed to the fact that the relatively lower rates of spherical particles are detected and these drops are not subject to instantaneous breakup in spite of the strong axial momentum. However, substantial increases in SMD from the central part toward the edge of the spray as they go farther downstream are mainly due to the fact that the relative velocity of droplet is too low to cause any subsequent disintegration.
이 연구에서는 고분자 전해질 막 연료전지의 분리판 용 고분자/흑연 복합소재의 혼합 특성 및 점도 측정 방법에 관하여 연구하였다. 분리판은 전도성이 있어야 하기 때문에 흑연의 함량이 매우 높고 이 때문에 제조된 복합재료의 점도가 높아 점도 측정이 어려운 문제가 있다. 일반적으로 캐필러리 레오메터에서 사용되는 다이로 점도를 측정한 결과 압력이 시간에 따라서 계속 변하고 정상상태의 값을 보이지 않아서 점도 측정이 불가능 했다. 다이의 디자인을 변경하여 측정하면 압력이 정상상태를 보이는 것을 관찰할 수 있었으나, 흑연과 PET를 단순 용융 혼합하여 점도를 측정하는 경우에는 측정된 점도 값이 재현성이 없는 결과를 나타냈다. 여러 차례의 시행 오차 끝에 흑연과 PET를 작은 입자로 분쇄한 후 용융 혼합하면 재현성 있는 점도를 측정할 수 있고, 제조된 복합재료의 전기전도도 값도 재현성 있는 결과를 보임을 관찰하였다.
실내의 습도제어를 위하여 가습기가 필요하다. 이 중 기화식 가습기는 구조가 간단하고 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만 가습기의 핵심 부품인 소자는 일본 제품이 사용되고 있다. 본 연구에서는 일본 제품을 대체할 셀룰로오스와 PET 복합체로 만들어진 가습소자를 개발하고 일본 제품의 성능과 비교하였다. 시험은 소자를 항온항습실 내에 설치된 흡입식 풍동 입구에 설치하고 가습량과 압력손실을 측정하였다. 개발품의 가습 효율이 일본 제품에 비하여 2%~4% 우수하고 압력 손실도 일본 제품에 비하여 23%~32% 적게 나타났다. 또한 동일 압력손실에서 가습 성능을 의미하는 $j_m/f$의 값도 개발품에서 5%에서 28% 크게 나타났다. 한편 개발품의 물 흡수도는 일본 제품에 비하여 작게 나타났는데 향후 이 부분에 대한 보완이 필요할 것으로 판단된다.
In the perspective of saving energy in buildings, high performance of insulation and air tightness for improving the heating and the cooling efficiency has brought the positive effect in an economical view. However, these building energy saving technologies cause the lack of ventilation, which is the direct cause of increasing the indoor contaminants, and it is also very harmful to residents because they spend over 90% of their time in the indoor area. Therefore, the ventilation is important to keep indoor environment clean and it can also save energy consumption. In this study, a HEPA type breathing wall is designed as a passive ventilation system to collect airborne particles and to supply fresh outdoor air. To make fine porous structures, polymer nano fibers which were made by electro spinning method are used as a precursor. The nano fibers are coated with SiO2 nano particles and finally the HEPA type breathing wall is made by sintering in the electric furnace at $300\sim500^{\circ}C$. The pressure drops of nano ceramic structure are 8.2, 25.5 and 44.9 mmAq at the face velocity of 2.0, 5.9 and 8.8 cm/s, respectively. Also the water vapor permeability is $3.6g/m^2{\cdot}h{\cdot}mmHg$. In this research, the porous nano ceramic structures are obtained and the possibility for the usage of a material for HEPA type breathing wall can be obtained.
소형위성 발사체 추진제 공급계 배관의 구부러짐으로 인하여 배관내부의 추진제 유동은 불균일하며 이는 터보펌프 전단의 블레이드의 파괴 및 후단의 가압된 추진제의 불안정성을 야기시킨다. 따라서 추진제의 효율적인 공급을 위하여 vane이 장착된 곡관 배관이 필요하며 내부에서의 유동장을 수치해석으로 규명하여 그 문제점을 해결할 수 있는 지 연구하였다. 따라서, 본 연구에서는 각각 90도와 45도로 구부러진 3인치 산화제 배관과 2.5인치 연료 배관의 구부러진 부분에는 $0\sim3$개의 vane을 등 간격으로 설치하였다. 3차원 Navier-Stokes 방정식을 풀기 위하여 상용코드를 이용하였으며, 곡관 배관 설계를 평가하기 위하여 각 90, 45도의 vane이 설치되지 않은 곡관과 $1\sim3$개의 vane이 장착된 곡관을 비교하였다. vane의 개수에 의한 배관 설계의 영향을 알아보기 위하여 90, 45도의 곡관에 vane이 0, 1, 2, 3개가 등 간격으로 장착이 되었을 때의 결과를 비교하였다. 배관내의 유동 균일성과 차압을 알기 위하여 속도크기와 압력분포를 계산하였다. vane이 많을수록 곡관의 각도가 클수록 곡관을 지난 유동은 더 균일해졌으나 배관 차압은 더 증가하였다.
In Korea, a typically hot and humid summer means that air-conditioners consume a large quantity of electricity; accordingly, the simultaneous usage of an indirect evaporative cooler may reduce the sensible-heat level and save the amount of electricity that is consumed. In this study, the heat-transfer and pressure-drop characteristics of an indirect evaporative cooler made of paper/plastic film were investigated under both dry and wet conditions; for the purpose of comparison, an indirect evaporative cooler made of plastic film was also tested. Our results show that the indirect evaporative efficiencies under a wet condition are greater than those under a dry condition, and the efficiencies of the paper/plastic sample (109% to 138%) are greater than those (67% to 89%) of the plastic sample; in addition, the wet-surface, indirect evaporative efficiencies of the paper/plastic sample are 32% to 36% greater than those of the plastic sample. Further, the wet-surface pressure drops of the paper/plastic sample are 13% to 23% larger than those of the plastic sample, and this might have been caused by the surface roughness of the samples. A rigorous heat-transfer analysis revealed that, for the plastic sample, 30% to 37% of the wet channels remained dry, whereas all of the channels were wet for the paper/plastic sample.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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