• 제목/요약/키워드: Thermal Flow Analysis

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이차전지 양극활물질 제조용 소성로의 열화학적 해석 (Thermo-Chemical Analysis of a Calcination Furnace to Produce Cathode Material for the Secondary Batteries)

  • 황민영;김용균;전충환;송주헌;김용태;장윤한
    • 전기화학회지
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    • 제12권2호
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    • pp.155-161
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    • 2009
  • 리튬 2차전지는 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되어 왔다. 최근 하이브리드 자동차, 전기자동차의 에너지 저장매체로써 적용으로 인해 시장 확대가 기대되고 있다. 양극 활물질은 리튬2차전지의 성능, 수명, 용량을 결정하는 물질이며, 급증하는 시장의 수요에 따라 양극 활물질을 대량으로 생산할 수 있는 기술을 개발하는 것이 시급하다. 본 연구에서 실제 양극 활물질($LiCoO_2$) 생산라인에서 가동 중인 소성로를 3D 모델링하였고, 수치적 해석을 통해 소성로 내부의 온도와 유동의 방향, 화학적 거동을 밝혀내었다. 결과로써, 생산량 증가로 인해 소성로에서 생성되는 $CO_2$ 농도가 증가하며 정체되는 지점을 확인하였고, TGA-DSC 실험을 통해 $CO_2$가 몰분율 15%이상에선 $LiCoO_2$의 적절한 형성에 영향을 주는 현상을 확인하였다. 또한 소성로의 형상변화와 공정조건의 변화를 통해 문제되는 $CO_2$를 원활히 배출할 수 있는 해결책을 제안하였다.

FHD(Flame Hydrolysis Deposition)공정으로 제작된 SiO2 광도파막의 분광학적 분석 (Spectroscopical Analysis of SiO2 Optical Film Fabricated by FHD(Flame Hydrolysis Deposition))

  • 김윤제;신동욱
    • 한국세라믹학회지
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    • 제39권9호
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    • pp.896-901
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    • 2002
  • FHD(Flame Hydrolysis Deposition)공정은 화염 형성에 관여하는 장비의 조건들과 그에 따른 다양한 공정인자에 의하여 박막의 조성이 결정되며, 증착된 막을 치밀화하는 첨가물의 증발로 인해 열처리공정에서 조성이 변화되므로 공정인자로부터 최종적인 광도파막의 조성을 예측하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는 FHD 공정에서 첨가가스의 유량을 제어하여 박막의 조성 및 광학적 특성을 예측할 수 있는 공정 분석의 기초자료를 제공하기 위하여 FTIR(Fourier Transformation Infrared Spectroscopy)측정과 ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)측정을 통해 실리카 막의 조성분석에 대한 연구를 수행하였다. FTIR 흡수 스펙트럼을 통해 실리카 막에 존재하는 Si-O, B-O band를 측정하고 정성적 농도변화를 관찰 하였고, ICP-AES를 통해 Boron의 농도를 정량적으로 측정하였다. 이 두 결과로부터 FTIR을 이용한 정량적 조성분석의 기초자료인 B-O band의 흡광계수를 구하였다.

Mont Terri FE 실험 대상 열-수리-역학 복합거동 수치해석: DECOVALEX-2023 Task C 내 Step 1 수치해석 연구 (A Thermo-Hydro-Mechanical Coupled Numerical Simulation on the FE Experiment: Step 1 Simulation in Task C of DECOVALEX-2023)

  • 김태현;박찬희;이창수;김진섭
    • 터널과지하공간
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    • 제32권6호
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    • pp.518-529
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    • 2022
  • DECOVALEX-2023 Task C에서는 6개국 9개 참여 기관들이 스위스 Mont Terri 지하처분연구시설에 서 수행된 FE 실험을 대상으로 열-수리-역학 복합거동 모사를 위한 해석코드 개발을 수행하고 있다. 현재 현장시험 결과와 비교 분석을 위한 Step 1이 진행되고 있으며, 본 연구진은 OGS-FLAC 해석 시뮬레이터를 활용하여 일련의 해석을 진행하였다. 해석 결과 히터 가열에 따른 온도 상승이 잘 구현되었고, 상 변화에 따른 완충재 내 포화도 변화를 관측할 수 있었다. 반면 완충재 흡입력의 과대평가로 완충재 내 상대습도, 온도 변화 및 Opalinus 점토암 내 압력 변화가 현장 결과와 다소간 차이를 나타내는 것을 확인하였다. 이를 통해 완충재 흡입력이 처분시스템 해석 시 유동 해석 결과에 지배적인 영향을 미침을 확인할수 있었으며, 향후 지보재 및 초기 수압 모사 개선을 통해 향상된 결과를 도출하고자 한다. 또한, Opalinus 점토암의 열, 수리, 역학적 이방성이 잘 구현되었으며 해석 결과를 통해 OGS-FLAC 시뮬레이터의 처분시스템 해석 적용성을 확인하였다.

토지이용도와 기상모델을 이용한 서울기후분석(CAS)지도 개발 (Development of Climate Analysis Seoul(CAS) Maps Based on Landuse and Meteorogical Model)

  • 이채연;엄정희;최영진;김규랑;;;김근회
    • 한국지리정보학회지
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    • 제14권1호
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    • pp.12-25
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    • 2011
  • 도시 및 환경계획에서는 국지적 기후에 미치는 부정적인 영향을 줄이고 긍정적인 영향을 지속시킬 수 있는 계획 도출이 필요하다. 본 연구는 서울의 도시 및 환경계획 수립을 위해 국지 기온과 바람의 흐름을 고려하여 현실적인 기후분석지도의 개발을 목적으로 수행되었다. 서울기후분석(Climate Analysis Seoul, CAS) 지도는 서울의 도시환경 구조 변화 양상을 적시에 반영하기 위하여 도시기후 분석 및 기후지도 프로세스를 갖춘 전자지도(digital map)이다. 지면의 피복과 기복에 대한 분석자료와 중규모 기상모델인 MetPhoMod의 모의수행 분석결과를 바탕으로 찬공기 생성 이동 정체, 바람흐름, 열적 환경 등을 정량적으로 분석한 결과가 CAS 지도에 담겨있다. 본 연구에서 개발된 CAS를 이용함으로써 도시 개발이 기후에 미치는 영향의 분석 및 평가가 용이하게 되었다. 도시기후분석지도를 통해 도시 및 환경 분야의 계획 과정에서 삶의 질 향상을 위한 기후요소의 활용이 더욱 편리해 질 것으로 기대한다.

시판식용유의 가열시간에 따른 품질 변화에 관한 연구 (A Study on Quality Changes of Domestic Frying Oils by Thermal Oxidation)

  • 장유경;이정원;김택제
    • 한국식품과학회지
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    • 제10권2호
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    • pp.112-118
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    • 1978
  • 튀김용으로 사용되는 식물성 기름인 콩기름(Soybean), 옥수수기름(Corn oil), 채종유(Rapeseed oil) 및 미강유(rice bran oil)등 네가지를 선택하여 가열 시간에 따른 성분 및 물성 변화를 측정하므로써 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 필수 불포화지방산 : 가열하지 않는 콩기름, 옥수수기름, 채종유, 미강유의 리노레산$(C_{18}^{=2})$은 각각 53.2%, 52.0%, 53.3%, 37.4%로서 미강유의 리노레산의 함량이 가장 낮다. 48시간 가열했을 때의 리노레산의 잔존량은 콩기름, 옥수수기름, 채종유, 미강유가 각각 23.8%, 19.7%, 14.9%, 34.1%이다. 리노렌산$(C_{18}^{=3})$의 가열하지 않은 콩기름, 옥수수기름, 채종유, 미강유의 함량은 각각 7.1%, 2.4%, 0.3%, 29.7%이고 48시간 가열후 각각 1.7%, 0.1%, 0.1%, 5.0%로 상당히 감소된다. 2. 포화 지방산 : 팔미트산과 스테아르산의 전 함량은 가열하지 않은 콩기름, 옥수수기름, 채종유 및 미강유의 경우 각각 12.3%, 10.8%, 11.4%, 16.9%, 이고 48시간 가열후 각각 10.8%, 10.2%, 11.2%, 15.4%로서 가열후에도 거의 변화를 일으키지 않는다. 3. 산가 : 가열하지 않은 콩기름, 옥수수기름, 채종유, 미강유의 산가는 0.09, 0.13, 0.15, 0.45이고 가열시간에 따른 산가의 변화는 콩기름의 경우 제일 적게 나타났으며 미강유는 32시간, 48시간 가열에서, 채종유는 48시간 가열에서 변색 또는 불용성 때문에 산가 측정이 불가능 했다. 4. 요오드가 : 가열하지 않은 콩기름, 옥수수기름, 채종유의 요오드가는 각각 121, 117, 117로서 거의 비슷하나 포화도가 높고 불포화도가 낮은 미강유는 요오드 가가가 100이다. 5. 과산화물가 : 가열하지 않은 콩기름, 옥수수기름, 채종유, 미강유의 과산화물가는 각각 5.6, 13.5, 54.8, 13.1이며 이중에서 채종유의 값이 불포화도가 비슷한 콩기름 및 옥수수기름에 비하여 훨씬 높은 것은 포장이 허술한 병에 보관하므로서 자연광선에 의한 산패에 기인하는 것으로 추측되며 따라서 식용유의 경우 포장 저장 방법 및 저장 기간등이 매우 중요함을 알수 있다. 6. 점도 : 가열하지 않은 콩기름, 옥수수기름, 채종유, 미강유는 각각 48.58, 51.32, 52.46, 97.39센티스토크로 대체적으로 비슷하나 32시간 이상 가열 후에는 미강유와 채종유는 점도 측정이 불가능 할 정도로 커져 실제 튀김 조리용으로 사용이 거의 불가능 함을 알 수 있었다.

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대배기구 배연방식을 적용한 소형차 전용 터널의 화재특성에 관한 해석적 연구 (An analytical study on the fire characteristics of the small tunnel with large smoke exhaust port)

  • 유지오;김진수;이관석
    • 한국터널지하공간학회 논문집
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    • 제19권3호
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    • pp.375-388
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    • 2017
  • 교통난 해소와 녹지공간의 확보를 위해서 도심지 소형차 전용 소단면 터널이 증가하는 추세이나 소단면 터널에 대한 방재시설 설치를 위한 기준은 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 대배기구 방식을 적용한 소단면 터널에서 화재가 발생하는 경우 열환경 및 유해가스(CO)의 농도 특성을 고찰하기 위해 A86터널, 서울시에서 계획한 바 있는 U-Smartway터널, 서부간선터널을 모델로 하여 터널 단면적, 화재강도 및 배연풍량에 따른 화재시 터널내 온도 및 유해가스농도를 수치해석적인 방법으로 해석하고 비교 검토하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 터널 단면적이 감소하면 화원부의 온도는 증가하나 온도 상승률이 화재강도변화에 미치는 영향은 적다. 그러나 배연풍량 변화에 따라 큰 차이가 발생한다. 대배 기구 방식의 배연풍량으로 Q3+2.5Ar을 적용하는 경우, 화원부 온도는 서부간선터널($Ar=46.67m^2$)을 기준으로 하는 경우, A86($Ar=25.3m^2$)은 7.1배, U-smartway($Ar=37.32m^2$)는 5.4배가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 화원부의 CO농도도 동일한 경향을 보이고 있으며, 서부간선터널 대비 A86터널은 10.7배 U-Smartway는 9.5배로 나타났다. 따라서 소단면 터널의 경우, 단면적감소에 따른 열환경 및 유해가스농도는 단면적 감소율 보다 상당히 크게 증가할 것으로 예상된다.

노화에 따른 Zr-Ni계 지연관의 열 특성 및 화학적 구조 변화에 관한 연구 (A Study on change in thermal properties and chemical structure of Zr-Ni delay system by aging)

  • 박병찬;장일호;김선태;황택성;이승호
    • 분석과학
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    • 제22권4호
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    • pp.285-292
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    • 2009
  • 장기 저장된 탄약은 화공품의 노화에 따른 절심현상(연소 중단)으로 인해 불발 등의 악작용이 발생하게 된다. 탄약에 주로 사용되는 화공품은 초기 에너지를 부여하는 뇌관 화약과 뇌관 화약의 에너지를 받아 지연제를 점화시켜주는 점화제, 일정 시간 동안 연소를 지연시켜주는 지연제 등을 사용한다. 이러한 형태의 탄약에는 뇌관화약, 점화제, 지연제의 순으로 충전되는데 충전된 순서대로 에너지가 전달되어 기능을 발휘하게 된다. 탄약의 절심 현상은 점화제의 연소중단, 점화제로부터 지연제로의 불충분한 에너지 전달, 지연제의 연소 중단 등에 의해 발생하는데, 이러한 현상이 나타나는 요인으로는 각 구성 성분의 낮은 순도,부적절한 혼합비, 입자성 성분의 입자 크기 및 분포, 바인더의 종류, 각 구성 성분의 혼합방법, 장기저장시 흡입된 수분에 의한 구성성분의 가수분해 및 고온에 의한 구성 성분의 화학적 변화 등이 의심된다. 본 연구의 목적은 Zr-Ni계 지연관 결합체를 장기 보관했을 때 점화제 및 지연제에서 나타나는 연소중단현상의 원인을 규명하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 현장에서 일어나는 절심현상과 일치하는 시험법을 개발하였고, 장-흐름 분획법(field-flow fractionation, FFF)을 이용하여 입자성 성분의 입자 크기와 분포를 조사하였으며, 장기보관에 의한 점화제와 지연제의 화학적인 변화 메커니즘을 조사하기 위하여 열분석(differential scanning calorimetry) 및 XRD, XPS (X-ray diffractometry, X-ray photoelectron Spectroscopy)분석을 수행하였다. XPS 와 XRD data 에 의하면, 점화제의 경우 산소의 1s 결합에너지 위치에서 M-O,M-OH 피크들이 관찰되었다. 이는 산화에 의한 새로운 생성물이 생성되었음을 의미한다. 즉 점화제의 산화에 의해 방출 열량이 감소하여 절심(연소 중단) 현상이 야기된다는 사실을 확인할 수 있었다.

TMA를 이용한 국내 발전용 탄의 용융점 변화에 대한 연구 (A Study on Ash Fusibility Temperature of Domestic Thermal Coal Implementing Thermo-Mechanical Analysis)

  • 이순호;임호;김상도;전충환
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제52권2호
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    • pp.233-239
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    • 2014
  • 석탄 연소 시 발생하는 회가 보일러 벽면에 부착되어 일어나는 슬래깅 현상은 보일러의 열효율을 감소시키고 보일러 안정성에도 악영향을 준다. 이러한 슬래그의 유동 특성은 회의 용융 특성과 관련이 있는데 이는 회의 화학적 조성에 영향을 받는다. 본 연구에서는 회의 용융특성을 TMA(Thermo-Mechanical Analysis) 장비를 이용하여 분석하였다. 이 테스트는 회의 수축률에 따른 용융온도(T25%, T50%, T75%, T90%)를 정량적으로 측정 하는 방법이다. TMA에서 측정된 각각의 온도는 용융단계별 특성을 나타낸다. TMA로 분석된 결과 값에 XRF 장비를 이용하여 분석한 회의 성분 조성이 미치는 영향을 분석하였다. 회에 포함된 성분 중 refractory, fluxing contents가 회분의 용융온도에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. Refractory contents 성분인 $SiO_2$, $Al_2O_3$의 함량이 많을수록 전체적인 용융온도가 올라가며 $SiO_2/Al_2O_3$가 커질수록 고온에서의 용융온도인 T75%, T90%가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이와 달리 fluxing contents 성분인 $Fe_2O_3$, $K_2O$, CaO의 함량이 많아질수록 전체적인 용융온도가 낮아지며 이중 $K_2O$, CaO는 초기 용융 온도인 T25%를 낮추는데 큰 역할을 하는 것으로 판단되었다. TMA 분석과 회의 조성 비교를 통하여 회의 용융 특성을 예측하고 설명할 수 있었다.

선상 가열을 위한 가스 토치와 강판 사이의 열유동 해석 (Analysis of the thermal fluid flow between the gas torch and the steel plate for the application of the line heating)

  • 우종훈;신종계
    • 대한조선학회논문집
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    • 제39권2호
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    • pp.52-60
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    • 2002
  • 선상가열은 고온의 열원을 강판에 가하여 잔류변형을 얻음으로써 곡면을 성형하는 과정이다. 잔류 변형 제어를 위해서 열원과 강판 사이의 열전달 현상 및 강판의 온도 분포에 대한 이해가 필요하다. 본 연구는 가스 토오치로부터 분출된 연소 불꽃에 의한 가스가 강판을 가열하는 선상 가열 과정을 고온, 고속의 충돌 분출류와 그에 의한 열 대류 전달 현상으로 간략화 하여 강판의 온도 분포에 대한 해석을 시도하였다. 해석을 위하여 토오치에서의 연소 현상을 고온, 고속의 충돌 분출 현상으로 간략화 시키고 난류열 유동 해석을 수행하였다. 난류 열 유동 해석을 통하여 토오치와 강판 사이의 온도장 분포를 계산하였고 충돌 분출류에 관한 근사 누설트 실험식을 이용하여 분출류와 강판 사이의 열 대류 계수를 계산하였다. 온도 분포와 열 대류 계수를 통해서 강판에 유입되는 열 유속을 계산할 수 있었고 열 유속을 표면력으로 하는 열 전도 전달 해석을 통해 강판 내의 온도장 분포를 구할 수 있었다. 난류 열 유동 해석 및 전도 열 전달 해석을 위하여 유한 요소법을 이용하였으며, 유한 요소 해석결과를 실험 결과와 비교함으로써 본 연구에서 수행한 해석 과정의 타당성에 대한 검증을 수행하였다.

온실용 이중피복 및 보온재의 관류열전달계수 산정을 위한 수치적 연구 (A Numerical Study for Calculation of Overall Heat Transfer Coefficient of Double Layers Covering and Insulation Material for Greenhouse)

  • 이종원;김동건;이현우
    • Current Research on Agriculture and Life Sciences
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    • 제33권2호
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    • pp.41-47
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    • 2015
  • 본 연구는 온실용 피복재 및 보온재의 조합에 대한 시뮬레이션 해석모델을 개발하여 관류열전달계수를 산정하고 측정된 결과와 비교하여 타당성을 평가하기 위해 수행되었으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 유리이중피복의 경우 이중피복 사이의 공기층이 두꺼워짐에 따라 관류열전달계수가 서서히 작아져서 공기층 두께가 25 mm 이상이 되면 관류열전달계수의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한 온도차가 증가함에 따라 관류열전달계수도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 두 플라스틱 피복재 사이에는 대류에 의한 열전달이 활발하게 일어나기 때문에 비정상 유동에 의한 열전달이 발생하고 이로 인해 온도분포도 비선형적으로 변하는 것으로 사료된다. 플라스틱 피복재 및 보온재들의 간격이 50~200 mm범위에서 변화할 때에 피복재의 간격은 관류열전달계수 큰 영향을 미치지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 천공복사를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우 모두 핫박스의 내외부 온도차가 $30^{\circ}C$인 조건에 대해서는 수치해석결과와 실험결과가 대체로 잘 일치하였다. 따라서 핫박스의 내외부 온도차가 $30^{\circ}C$ 이상인 조건에서 수치해석을 통해 관류열전달계수를 산정한다면 신뢰성 있는 값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.