• 한국추진공학회지
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• 제2권2호
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• pp.74-82
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• 1998

복합발전 사이클은 가스터빈이나 스팀터빈으로부터의 출력을 이용하여 전개를 생산하기 위한 발전기를 구동시키고 배영회수기로부터 나온 증기를 스틸터빈에서 팽창시킴으로서 부가적인 동력을 얻는 장치를 가리킨다. 보통 가스터빈 배기로 부터의 온도는 $400{\sim}650^{\circ}C$정도로서 배열회수기에서 효과적으로 스팀을 생산할 수 있는 수준의 온도이다. 복합 사이클은 일반적으로 상부사이클과 하부사이클로 구분하는데 대부분의 열에너지 공급이 이루어지는 상부사이클을 브레이돈사이클 이라하며 브레이돈사이클에서 소비되는 에너지는 보다 낮은 온도 수준인 하부사이클에서 회수된다. 이러한 복합사이클은 최근 들어 더욱 보편적으로 적용되고 있는데 그 이유는 첫째, 가스터빈이나 스팀터빈이 독자적으로도 충분히 기술적인 검증을 받은 열기관으로서 초기에 비해 개발비가 저렴해졌다는 데 있고, 둘째, 작동유체인 공기가 $1000^{\circ}C$ 이상에서도 별다른 문제없이 적용될 수 있는 안전한 유체이고 비용이 전혀 들지 않는다는 점이다. 그 뿐 아니라 스팀터빈에 사용되는 물도 중저온에서 매우 저가로 공급할 수 있고 쉽게 공급이 가능하다는 이점으로 하부사이클에의 적용이 매우 양호하다는 점이다. 최근 소재기술의 개발에 따른 터빈입구온도의 향상은 이러한 복합발전 사이클의 기술적, 경제적 이점을 더욱 강화시켜 주고 있다. 본 연구에서는 3압에 의한 복합사이클에 대한 성능해석을 통하여 상부사이클이 전체 복합발전 성능에 미치는 영향을 조사하였으며 그 결과를 서인천 복합발전 인수 성능시험결과와 비교하였다. 본 연구결과는 현재 개념설계가 이루어지고 있는 장차 150~200MW수준의 산업용 가스터빈 개발에 중요한 방향제시를 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권5호
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• pp.647-655
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• 2021

IMO에서는 선박으로부터 온실가스 감축을 위해 선박의 에너지효율 증진에 관한 논의를 진행하고 있다. 현재, 선박으로부터 발생되는 폐열을 이용한 ORC 발전 시스템을 적용함으로써 선박으로부터 높은 에너지 변환 효율을 기대할 수 있다. 이 기술은 물보다 더 낮은 온도 범위에서 증발하는 프레온 또는 탄화수소 계통의 유기 매체를 작동 유체로 사용한다. 이를 통해 상대적으로 낮은 저온에서 증기(기체)를 생성 및 동력을 발생시킬 수 있다. 본 연구에서는 유기 랭킨 사이클인 ORC 발전 시스템에서 냉매와 폐열 사이 열·유동해석(Analysis of Heat flow)을 3D 시뮬레이션 기법을 이용하여 구조물의 내·외부에 흐르는 유체가 온도 변화, 속도 변화, 압력 변화 및 질량 변화를 통해서 구조물에 어떤 영향을 미치는지를 분석하고자 하며, 동 연구는 이 기법을 이용하여 ORC 발전 시스템에서 냉매와 선박 주기관의 배기가스로부터 일어나는 열교환기의 열전달을 해석하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권2호
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• pp.116-121
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• 2014

지열수를 온열원으로 사용하고, 해양심층수를 열침으로 사용하는 바이너리(binary) 지열 발전시스템은 기존 지열 발전시스템의 효율을 증대하기 위한 재열과정과 터빈출력을 향상시키기 위한 다단과정을 각각 또는 복합적으로 적용하여 다단재열재생사이클의 성능개선을 검토하였다. 사이클종류는 다단재열사이클(Multi Stage reheater cycle; MS), 다단재열재생사이클(Multi stage reheater regeneration cycle; MSR)이 있다. 작동유체는 R134a, R245fa를 적용하였으며 온열원의 온도가 $65^{\circ}C$, $75^{\circ}C$, $85^{\circ}C$ 열침은 $5^{\circ}C$를 적용하여 기본해석을 수행하였다. 본 논문에서는 온열원변화, 작동유체의 종류, 사이클의 종류에 따른 해양지열발전용 다단재열재생사이클의 출력 및 효율을 높이기 위한 해석을 수행하였다. 이를 열역학적 사이클로 모사하기 위한 상용 프로그램인 Aspen HYSYS(V8.0)를 이용하여 해석을 진행 하였다. 작동유체는 R245fa가 R134a보다 우수한 성능을 보였으며, 온열원의 변화와 각각의 사이클 종류에 따라 적절한 작동유체가 있음을 확인 할 수 있었다. 사이클의 출력 및 효율은 각각 MS사이클과 MSR사이클에서 좋은 성능을 나타냈다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권4호
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• pp.721-733
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• 2020

In nuclear engineering, the occurrence of critical heat flux (CHF) is complicated for rod bundle, and it is much more difficult to predict the CHF when it is in natural circulation under motion condition. In this paper, the dryout-type CHF is investigated for the rod bundle in a natural circulation loop under rolling motion condition based on the coupled analysis of subchannel method, a one-dimensional system analysis method and a CHF mechanism model, namely the three-fluid model for annular flow. In order to consider the rolling effect of the natural circulation loop, the subchannel model is connected to the one-dimensional system code at the inlet and outlet of the rod bundle. The subchannel analysis provides the local thermal hydraulic parameters as input for the CHF mechanism model to calculate the occurrence of CHF. The rolling motion is modeled by additional motion forces in the momentum equation. First, the calculation methods of the natural circulation and CHF are validated by a published natural circulation experiment data and a CHF empirical correlation, respectively. Then, the CHF of the rod bundle in a natural circulation loop under both the stationary and rolling motion condition is predicted and analyzed. According to the calculation results, CHF under stationary condition is smaller than that under rolling motion condition. Besides, the CHF decreases with the increase of the rolling period and angular acceleration amplitude within the range of inlet subcooling and mass flux adopted in the current research. This paper can provide useful information for the prediction of CHF in natural circulation under motion condition, which is important for the nuclear reactor design improvement and safety analysis.

• 설비공학논문집
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• 제12권9호
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• pp.825-834
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• 2000

A heat exchanger analysis is performed to investigate the heating characteristics of cryogenic nitrogen by ambient air for the purpose of cryogenic automotive propulsion. The heat exchanger is a concentric triple-passage for supercritical nitrogen, and the radial fins are attached on the outermost tube for the crossflow of ambient air. The temperature distribution is calculated for the nitrogen along the passage, including the real gas properties of nitrogen, the fluid convections and the conductions through the tube walls and the fins. Since the wall temperature of the outer (ambient side) tube is very low in most cases, a heavy frost can be formed on the surface, affecting the heat exchange performance. By the method of the similarity between the heat and the mass transfer of moist air, the frost growth and the time-dependent effectiveness of the heat exchanger are calculated for various operating conditions. It is concluded that the frost formation can augment the heating of nitrogen during the initial period because of the latent heat, then gradually degrades the heat exchange because of the increased thermal resistance. Practical design issues are discussed for the flow rate of nitrogen, the velocity and humidity of ambient air, and the sizes of the fin.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제18권5호
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• pp.31-36
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• 2010

SAI(Secondary Air Injection) system has been studied widely as one of the promising countermeasure for reducing HC emission at cold start. In this paper, in order to find out the optimal position of SAI, computational thermal fluid analysis on exhaust system adapted SAI system is performed using commercial 3-D CFD code, CFX. The present results showed that SAI position strongly affected the uniformity of air distribution in front of catalyst. And also through the decision process of optimal position of SAI, new index, uniformity of air distribution($U_{\phi}$) is proposed to define it quantitively. Because $U_{\phi}$ is very simple equation and similar with flow uniformity, it is very easy to figure out the physical meaning and to apply it to practices. Finally, we applied the index $U_{\phi}$ to the decision process of the optimal position of SAI, so that we could get the clear comparison results.

• Coupled systems mechanics
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• 제6권2호
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• pp.113-125
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• 2017

This paper proposes the idea to enhance the heat transfer in Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) by using the azimuthal magnetic field. The azimuthal magnetic field generated by the external currents makes the Lorentz force stronger, and consequently improves the heat transfer by the faster flow movement. The enhanced heat transfer might improve the welding performance by increasing the temperature at the workpiece. To validate the proposed idea, a two-dimensional axi-symmetric model of GTAW is built, and the multiphysics simulation of GTAW is carried out. As the analysis result, the distributions of electric current, electromagnetic fields, arc flow velocity, and temperature are investigated. Then, the proposed idea for heat transfer enhancement is validated by comparing the Lorentz force, flow velocity, and temperature distribution with and without azimuthal magnetic fields.

• 설비공학논문집
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• 제26권9호
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• pp.447-452
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• 2014

We evaluated heat transfer characteristics of microscale wrinkles using a CFD (computational fluid dynamics) analysis. In order to verify the heat transfer effect of wrinkles having various shapes, we introduce wrinkling processes to generate few different shapes of wrinkles such as macroscale ($200{\sim}400{\mu}m$ width), microscale ($10{\sim}30{\mu}m$ width), and hierarchical (microscale on macroscale wrinkle) wrinkles, using repetitive-dividing-volume (RDV) method for single-shape of wrinkles and connected method of UV-weakly polymerization with thermal curing for hierarchical structure of winkles. The analysis results of simplified CFD model showed that heat flux on heated plate was changed by the shape of wrinkles on the plate. The increase in heat flux of about 2.6 times was achieved in the case where hierarchical wrinkle structure was used.

• 한국재료학회지
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• 제14권11호
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• pp.775-779
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• 2004

For improvement of heat dissipation performance, heat analysis is conducted on the newly designed heat sinks under two convection conditions by using computational fluid dynamics(CFD). Three types of heat sink, plate, wave and top vented wave, are used, and convection conditions are the variations of gravity direction at natural convection and of fan location at forced convection. The results of analysis showed that the heat resistances of top vented wave heat sink were $0.17^{\circ}C$/W(forced convection) and $0.48^{\circ}C$/W(natural convection). In the case of natural convection, gravity direction affected heat flow change, and protection against heat performance was superior in case of z-axis gravity direction. Under the forced convection, all the heat sinks revealed superior thermal characteristics in the fan position of z-axis rather than y-axis. In this study, it was observed that the top vented wave type heat sink showed the best ability of heat radiation comparing with the others.

• 한국추진공학회지
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• 제21권5호
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• pp.29-36
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• 2017

본 연구에서는 수치해석을 통해 장기체공 무인기(HALE UAV)에 사용되는 태양전지에 대해 유동 및 열전달 해석을 수행하였다. 무인기가 운용되는 성층권에서는 강한 태양복사에너지가 유입되며, 자연대류에 의한 열전달이 감소하고 주위 유동에 의한 강제대류의 지배를 받는다. 이러한 환경에서의 태양전지 온도범위를 예측하기 위해 주익에 부착되어 있는 태양전지모듈을 대상으로 복합열전달 해석을 수행하였으며, 성층권 환경에서 시간에 따른 태양복사에너지, 비행속도, 밀도, 온도 등의 외기환경이 태양전지의 온도분포와 열전달 특성에 미치는 영향을 분석하였다.