• Advances in nano research
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• 제16권4호
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• pp.341-352
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• 2024

This study investigates the heat and mass transfer characteristics of a MoS₂ nanoparticle suspension in ethylene glycol over a porous stretching sheet. MoS₂ nanoparticles are known for their exceptional thermal and chemical stability which makes it convenient for enhancing the energy and mass transport properties of base fluids. Ethylene glycol, a common coolant in various industrial applications is utilized as the suspending medium due to its superior heat transfer properties. The effects of variable thermal conductivity, variable mass diffusivity, thermal radiation and thermophoresis which are crucial parameters in affecting the transport phenomena of nanofluids are taken into consideration. The governing partial differential equations representing the conservation of momentum, energy, and concentration are reduced to a set of nonlinear ordinary differential equations using appropriate similarity transformations. R software and MATLAB-bvp5c are used to compute the solutions. The impact of key parameters, including the nanoparticle volume fraction, magnetic field, Prandtl number, and thermophoresis parameter on the flow, heat and mass transfer rates is systematically examined. The study reveals that the presence of MoS₂ nanoparticles curbs the friction between the fluid and the solid boundary. Moreover, the variable thermal conductivity controls the rate of heat transfer and variable mass diffusivity regulates the rate of mass transfer. The numerical and statistical results computed are mutually justified via tables. The results obtained from this investigation provide valuable insights into the design and optimization of systems involving nanofluid-based heat and mass transfer processes, such as solar collectors, chemical reactors, and heat exchangers. Furthermore, the findings contribute to a deeper understanding of stretching sheet systems, such as in manufacturing processes involving continuous casting or polymer film production. The incorporation of MoS₂-C₂H₆O₂ nanofluids can potentially optimize temperature distribution and fluid dynamics.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권7호
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• pp.3164-3169
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• 2013

본 연구에서는 수직형 지중 열교환기의 3차원 CFD 해석 기법을 제안하여 2개소의 현장 열응답 시험과 비교하였다. CFD 해석 비교를 위해 GAMBIT을 이용하여 지중과 지중 열교환기 형상을 모델링하였으며, 상용코드인 FLUENT를 사용하여 3차원 열전달 유동 해석을 수행하였다. 2개소의 현장 열응답 시험에서 도출된 지중 유효 열전도도와 지중 초기온도를 경계조건으로 사용하였으며, 시간에 따른 지중 열교환기의 입구온도 변화는 profile을 사용하여 실제 조건을 모사하였다. CFD 해석 결과 2개소의 지중 열교환기 출구온도는 $0.5^{\circ}C$ 범위 내에서 예측하였고, 기울기는 1.6% 이내에서 적절히 예측하였다. 향후 CFD 해석 기법을 활용하여 지중 열교환기 깊이, 형상 및 배열 변화 등에 따른 성능예측에 활용하고자 한다.

• 태양에너지
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• 제13권2_3호
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• pp.91-106
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• 1993

유동층을 열교환기에 응용하기 위한 시도로 알루미나 입자를 유동입자로 하는 수직 이중관식 유동층형 열교환기에서 내관으로 평활관과 핀관(종형핀)을 사용하는 경우에 각각의 열전달효과를 비교, 검토하였다. 본 실험에서는 평균직경이 $0.41{\sim}0.77mm$ 범위의 4종의 알루미나 입자를 사용하였으며, 초기충진높이는 50mm($H_o/H=0.083$)에서 250mm($H_o/H=0.417$)의 범위로 하였다. 입자의 크기와 초기 충진높이 및 유동화속도가 열전달계수에 미치는 영향을 검토하고, 단상강제대류형 열교환기와 열전달효과를 비교한 결과, 평활관을 사용하는 경우에는 7.8배, 핀관을 사용하는 경우에는 12.9배의 전열증진효과가 있었다. 또 유동층에서는 유동화속도가 증가함에 따라 열전달계수는 최대값을 보인후 다시 감소하는데, 이때의 Nu수 및 Re수와 Ar수의 무차원 관계식을 구하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권11호
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• pp.892-897
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• 2020

본 연구에서는 간접식 증발냉각 장치의 냉각 성능을 예측하고 다양한 공기 유량 및 물 분무 유량 조건을 만족하는 성능 상관식을 제안한다. 기존의 플라스틱 열교환기는 공조 공간의 크기에 따라 금형을 새로 제작해야 하기 때문에 높은 효율에도 불구하고 잘 사용하지 않았다. 한편 단프라시트는 일반적으로 두께가 얇아 열교환이 우수하고, 특히 제작이 매우 용이하다. 따라서 열교환기를 단프라시트로 제작할 경우 금형이 별도로 필요하지 않아 열교환기 제작 비용을 크게 절감할 수 있다. 이에 본 연구에서는 단프라시트로 다채널 열교환기를 제작하여 간접식 증발냉각 장치를 제작하였다. 성능 실험장치는 열교환기, 물 분사 노즐, 터보홴, 항온조, 순환 펌프, 온도 센서, 습도 센서, 차압식 유량계 및 자료획득 장치로 구성하였다. 증발냉각 시 공기 유량이 증가하면 유용도가 감소하였고, 수공비에 따라 유용도 최적점이 존재하였다. 등온 조건에서 냉각 성능을 예측하는 상관식과 실내 환기 온도와 외기 상태를 반영하는 성능 상관식을 제안하였다. 상관식들의 냉각 성능 오차는 4 % 이내였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권10호
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• pp.659-665
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• 2017

본 연구에서는 엇갈림 배열 관군 사이를 전기 전도성 유체가 흐를 때 외부에서 인가한 자기장의 영향으로 변화하는 열유동 특성을 수치해석적으로 연구하였다. Reynolds 수 50과 100의 비정상 층류 관군 유동에서 외부 인가 자기장의 세기를 의미하는 Hartmann 수를 0에서 100까지 점진적으로 변화시킴에 따라 관군 내부의 열유동 특성을 관찰하였다. Hartmann 수가 증가함에 따라 인가 자기장의 영향으로 관표면의 속도 경계층이 얇아지고, 유동 박리를 후류로 지연시키며, 관 후면에 형성되는 재순환 영역의 크기가 줄어드는 것을 관찰하였다. 최종적으로 열유동 변형에 의한 결과적 국소 및 평균 Nusselt 수 변화 특성을 제시하였다.

• 설비공학논문집
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• 제19권6호
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• pp.447-456
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• 2007

Suspended particles behavior when they go through a vertical riser with heat transfer is of significant concern to system designers and operators in pneumatic transport, various processes such as in chemical, pharmaceutical and food industries. When it comes with the energy system, that knowledge is critical to the reliable design practices of related equipment as heat exchangers, especially in the phase of system scale-up. Without haying a good understanding of the related physics, many scale-up practices based on their pilot plant experience suffer from unexpected behaviors and problems of unstable fluidization typically associated with excessive pressure drop, pressure fluctuation and even unsuccessful particle circulation. In the present study, we try to explain the observed phenomena with related physics, which may help understanding of our unanswered experiences and to provide the designers with more reliable resources for their work. We selected hot exhaust gas with solid particle that goes through a heat exchanger riser as our model to be considered. The effect of temperature change on the gas velocity, thermodynamic properties, and eventually on the particles motion behavior is reviewed along with some heat transfer analyses. The present study presents an optimal riser length at full scale under given conditions, and also defines the theoretical limiting length of the riser. The field data from the numerical analysis was validated against our experimental results.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.8-15
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• 2019

In order to design coaxial-type Ground Heat Exchangers (GHEXs) efficiently, the effect of components (i.e, heat exchange pipe and grouting material) on the thermal performance of coaxial-type GHEXs should be identified in advance. In this paper, three coaxial-type GHEXs with different configurations were constructed in a test bed. Then, the effect of heat exchange pipes and grouting materials on the thermal performance of coaxial-type GHEXs was investigated by performing in-situ thermal response tests (TRTs) and thermal performance tests (TPTs). In the TRTs, the effective thermal conductivities of the coaxial-type GHEXs with concrete grouting and STS pipes were improved by 6.15 and 22.7%, respectively compared to those of bentonite grouting and HDPE pipes. Additionally, in the TPTs, the use of concrete grouting and STS pipes in the coaxial-type GHEXs enhanced the in-situ thermal performance by 15 and 33.8%, respectively.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권11호
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• pp.1119-1126
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• 2011

기존 마이크로채널 열교환기는 한 플레이트에 고온 또는 저온, 한 종류의 유체만이 흐르고 있다. 채널 내부를 흐르는 유체의 수직 방향으로는 다른 종류의 유체가 존재하지만, 수평 방향으로는 같은 종류의 유체가 존재한다. 그로 인해 수평 방향의 열전달률은 수직 방향에 비하여 낮게 나타나게 된다. 열교환기 성능 향상을 위하여 한 플레이트에서 고온, 저온 유동이 번갈아가며 존재하는 새로운 채널 배열을 제안하였다. 새로운 채널 배열을 위해서는 특별한 입구 및 출구 설계가 필요하다. 제안된 채널 배열을 통하여 기존 열교환기보다 높은 열전달률을 얻을 수 있다. Reynolds 수와 Prandtl수가 증가할수록 새로운 채널 배열로 인한 열 성능 향상이 증가하고, 고체와 유체의 열전도계수 비가 증가할수록 열 성능 향상은 감소한다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.12-18
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• 2015

The energy pile, used for both structural foundations and heat exchangers, brings about heat exchange with the ground formation by circulating a working fluid for heating and cooling buildings. As heat exchange occurs in the energy pile, thermal stress and strain is generated in the pile body and surrounding ground formation. In order to investigate the thermo-mechanical behavior of an energy pile, a comprehensive experimental program was conducted, monitoring the thermal stress of a cast-in place energy pile equipped with five pairs of U-type heat exchanger pipes. The heating and cooling simulation both continued for 30 days. The thermal strain in the longitudinal direction of the energy pile was monitored for a 15 operation days and another 15 days monitoring followed, without the application of heat exchange. In addition, a finite element model was developed to simulate the thermo-mechanical behavior of the energy pile. A non-linear contact model was adopted to interpret the interaction at the pile-soil interface, and thermal-induced structure mechanics was considered to handle the thermo-mechanical coupled multi-field problem.

• 한국가스학회지
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• 제24권1호
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• pp.33-40
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• 2020

해양플랜트용 HVAC(Heating Ventilation and Air-Conditioning) 시스템의 컨덴싱 유닛(condensing unit)의 경우, DX(Direct Expansion) 코일보다는 온도 안정성이 뛰어난 칠러 시스템(chiller system)을 주로 사용하고 있다. 칠러시스템의 구성품 중 대형 냉매압축기와 전자식 팽창밸브 등은 대부분 수입되고 있다. 이에 칠러 시스템의 크기는 국내에서 제작되는 열교환기(증발기, 응축기)에 의해 좌우된다. 현재 갈수록 심화되고 있는 사용공간의 제한으로 인해 선주사 및 조선소에서는 장비 크기를 컴팩트하게 해줄 것을 메이커에 지속적으로 요구하고 있다. 이에 본 논문에서는 해양플랜트에서 만액식(flooded) 칠러 시스템의 증발기로 주로 사용되고 있는 쉘-튜브형 열교환기를 컴팩트한 플레이트-쉘 열교환기로 대체하기 위한 주요개발과정을 소개하고, 이와 함께 개발된 플레이트-쉘 열교환기를 실제 증발기로 적용한 만액식 칠러 시스템을 제작하여 그 성능을 실험적으로 평가하였으며 그 결과를 제공하고자 한다.