• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.535-543
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• 2022

실리콘 카바이드 입자(평균 입도 123 ㎛)의 유동층 태양열 흡열기의 성능 및 효율에 영향을 미치는 입자 거동 해석을 위해 MP-PIC 모델을 이용하여 전산모사를 수행하였고, 기존 실험결과와의 비교를 통해 검증하였다. 특히, 본 연구에서는 실험적으로 접근하기 어려운 유동층 표면 부근에서의 거동을 모사함으로써 흡열 성능과 입자 거동과의 상호 영향을 분석하였다. CPFD 모사결과는 입자층 및 프리보드에서의 평균 고체체류량과 압력요동 등 수력학적 특성 실험결과를 잘 예측하였다. 입자 흡열기에서 1차적으로 태양열 에너지를 흡수하여 층 내부로 전달하는 층 표면 부근에서의 국부 고체체류량은 입자층 내 기포거동에 따라 중심부에서 상대적으로 낮은 값을 나타내는 불균일 분포를 나타내었다. 프리보드 영역에서 국부 고체체류량은 기체속도가 증가할수록 축방향과 각 높이에서의 횡방향에서 불균일성이 증가하였고, 이는 입자 흡열기의 프리보드 영역 내 비산된 입자에 의해 반사된 태양광 에너지 손실과 연관된 압력강하 상대표준편차 증가의 원인임을 나타내었다. 입자 흡열기 내 기체속도 증가에 따른 국부적인 기체 및 입자 속도의 변화에 대한 고찰을 통해, 유동층 내 국부적인 입자거동 특성은 Geldart B 입자 물성과 관련된 입자층 내 기포 거동과 밀접하게 연관됨을 확인하였다. 유동층 입자 흡열기의 성능 척도인 일사량 당 유동기체의 출입구 온도차(∆T/I_DNI)는 입자 층 표면 및 표면 상부 프리보드 영역 내 압력요동 RSD와 상관관계가 매우 높음을 확인하였고, 이 결과는 흡열기 성능 개선에 활용할 수 있을 것으로 판단되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권2호
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• pp.239-246
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• 2021

태양열 SiC 입자 유동층 흡열기(내경 50 mm, 높이 150 mm)에서 수력학적 특성 및 기체 열흡수 특성이 연구되었다. 측정 구간 내에서, 기체 속도가 증가할수록 유동층 내 고체체류량은 일정하였으나, 유사한 기체속도 구간(Ug = 0.03-0.05 m/s)에서 미세한 SiC 입자(SiC II; dp=52 ㎛, ρs=2992 kg/㎥)는 굵은 SiC 입자(SiC I; dp=123 ㎛, ρs=3015 kg/㎥) 대비 유동층 내 압력요동의 상대 표준편차는 낮았으며, 프리보드 내 고체체류량은 상대적으로 높은 값을 나타내었다. 미세한 SiC II 입자는 굵은 SiC I 입자 대비 일사량의 변화에 관계없이 상대적으로 높은 일사량 당 흡열기 입출구 온도차를 보였고, 이는 상대적으로 균일한 유동층 내 입자 거동에 의한 층 표면 수용 열의 효율적인 열확산 효과에 더하여, 프리보드 영역에서 비산된 입자에 의한 추가적인 태양열 흡수 및 기체로의 열전달 효과에 기인한다. 본 시스템에서 기체속도 및 유동화 수가 증가할수록 열 흡수 속도 및 열효율은 증가하였다. SiC II 입자는 최대 17.8 W의 열 흡수 속도와 14.8%의 열효율을 보였고, 이는 SiC I 입자 대비 약 33% 높은 값을 나타내었다.