• 설비공학논문집
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• 제11권6호
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• pp.880-890
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• 1999

The purpose of this study is to investigate the performance of an autocascade refrigeration system using the refrigerant miktures of R744 (carbon dioxide) and R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) as working fluids by simulation and experiment. Cycle simulation using a constant UA model in heat exchangers has been performed for R744/134a mixtures of the compositions in the range of from 10/90 to 30/70 by weight percentage. Variations of mass flow rate of refrigerant, compressor work, refrigeration capacity and COP with respect to mass fraction of R744/134a mixture were presented. Performance test has been executed in an autocascade refrigeration system by varying secondary fluid temperatures at evaporator and condenser inlets. Experimental results show similar trend with those from the simulation.

• Steel and Composite Structures
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• 제32권5호
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• pp.643-655
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• 2019

Perforation and cutouts of structures are compulsory in some modern applications such as in heat exchangers, nuclear power plants, filtration and microeletromicanical system (MEMS). This perforation complicates dynamic analyses of these structures. Thus, this work tends to introduce semi-analytical model capable of investigating the dynamic performance of perforated beam structure under free and forced conditions, for the first time. Closed forms for the equivalent geometrical and material characteristics of the regular square perforated beam regular square, are presented. The governing dynamical equation of motion is derived based on Euler-Bernoulli kinematic displacement. Closed forms for resonant frequencies, corresponding Eigen-mode functions and forced vibration time responses are derived. The proposed analytical procedure is proved and compared with both analytical and numerical analyses and good agreement is noticed. Parametric studies are conducted to illustrate effects of filling ratio and the number of holes on the free vibration characteristic, and forced vibration response of perforated beams. The obtained results are supportive in mechanical design of large devices and small systems (MEMS) based on perforated structure.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권2호
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• pp.394-401
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• 2019

The failure of steam generators (SGs) due to corrosion is one of the most important problems in power plants. Impurities usually accumulate in the hot sides of SG and form deposits on the SG surfaces. In this paper, the sensitivity analysis of the accumulation of water impurities in the heat exchangers of nuclear power plants is presented. The convection-diffusion equation of the liquid phase on the heated surfaces is derived and then solved by the finite volume method. Also, the effects of the thermal-hydraulic parameters in the form of dimensionless numbers, such as $Pe_q$, $Pe_u$, $k_q$(relative solubility of impurity between the steam and water) on the impurities concentration are studied.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권1호
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• pp.53-60
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• 2011

본 연구에서는 지열발전 등과 같은 저온 열원을 에너지원으로 하는 발전에 응용될 수 있는 HFC-134a 유기랭킨사이클의 출력 극대화를 수행하였다. 기존의 연구와는 달리, 본 연구에서는 열교환기해석에 유한체적법을 적용함으로써 작동유체의 열전달 및 압력강하 특성을 고려하였다. 또한, 열원과 냉각수의 입구온도 및 유량, 그리고 사이클을 구성하는 열교환기들의 총 전열면적을 구속 조건으로 함으로써, 기존 연구들에 비해 보다 현실적인 결과를 얻을 수 있도록 하였다. 사이클의 출력은 3 개의 설계인자를 이용하여 최적화 하였다. 시뮬레이션 결과, 출력을 극대화 시킬 수 있는 설계인자들의 최적조합이 존재함을 보였다. 또한, 출력 향상을 위해서는 증발과정의 개선이 우선적으로 필요함을 보였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권8호
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• pp.783-789
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• 2012

본 연구에서는 나선형 튜브내의 난류 열전달 및 하중 특성을 수치해석 방법을 이용하여 파악하였다. 열교환기와 같은 공학적 설비에서 관내 열전달을 향상시키기 위해 튜브의 형상을 나선형으로 설계한다. 이에 나선형 튜브내의 열전달 및 난류 특성에 대한 많은 실험적 연구가 이루어 졌으나, 대부분의 연구가 압력 강하 및 열전달 상관관계에 초점이 맞추어 진행되었다. 나선형 튜브내의 유동은 원심력에 의해 튜브 바깥쪽에서는 상대적으로 높은 열전달 및 전단응력이 발생하지만, 안쪽에서는 낮은 열전달 및 전단응력이 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 튜브의 원주방향으로 발생하는 전단 응력 및 Nusselt 수의 변화를 Reynolds 수와 나선 코일의 지름을 변경하며 정량적으로 살펴보았다. 나선 코일 안쪽에서 국부적인 전단응력과 열전달율이 크게 낮게 특정되었으며, 이는 튜브 재질의 안정성에 영향을 미칠 것으로 판단되었다. 또한 본 연구에서는 마찰계수와 Nusselt 수에 대한 기존 상관관계식을 검증하였으며, 직관에서의 마찰계수와 Nusselt 수의 상관관계식이 나선형 튜브의 형상에도 적용될 수 있음을 관측하였다. 본 연구의 결과는 열교환기나 증기발생기의 안전성 평가를 위해 중요한 데이터로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.5-14
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• 2013

지중 토양의 열 물리적 성질 중 열전도도(thermal conductivity)는 지열 히트펌프 시스템(ground-coupled heat pump systems)의 지중열교환기 설계 과정에서 매우 중요한 변수다. 토양의 열전도도는 3상 구조로 인해 함수비와 건조밀도의 영향을 많이 받는다. 본 논문에서는 수평형 지중열교환기의 트렌치 뒤채움재로 사용되는 9종류의 토양(모래-물혼합물)을 대상으로 열전도도 측정결과와 기존 상관식에 의한 계산결과를 비교하였다. 건조토인 경우, 2상 구조의 열전도도 예측모델인 준이론 모델에 의한 열전도도 계산 결과는 측정 결과와 큰 차이를 보였다. 불포화토인 경우, 기존 모델 중 Cote와 Konrad가 제시한 모델에 의한 계산 결과가 측정 결과와 가장 잘 일치하였다. 또한 토양의 열전도도와 함수비, 종류 등이 수평형 지중열교환기의 설계 길이에 미치는 영향을 고찰하였다. 뒤채움재로 사용되는 토양의 열전도도가 증가할수록 수평형 지중열 교환기의 설계 길이는 감소하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권11호
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• pp.7736-7744
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• 2015

막대한 산업용 에너지가 폐열로 버려지는 상황에서 폐열, 특히 저온 폐열의 효과적인 이용은 매우 중요하다. 본 연구에서는 $160^{\circ}C$의 고온 열원과 $17^{\circ}C$ 저온 하수열을 사용하여 $50^{\circ}C$의 온수를 $70^{\circ}C$로 승온시키며 성적계수는 1.6을 만족하는 2중 효용 2단 흡수식 히트펌프 사이클을 고안하였다. 제 1 재생기에서 증발한 냉매 증기는 제 1 응축기에서 응축하면서 제 2 재생기에서 다시 냉매를 발생시킨다. 이 냉매는 제 2 응축기를 거쳐 제 2 증발기에 모아진다. 이 냉매의 일부는 제 1 증발기로 이동하여 저온 열원을 받아들이고 제 1 흡수기를 거쳐 제 2 증발기에 공급된다. 제 2 증발기를 나온 냉매는 제 2 흡수기에서 용액에 흡수된다. 이 때 온수의 온도는 제 2 응축기와 제 2 흡수기에서 승온된다. 시행착오를 통하여 승온 $20^{\circ}C$, 성적계수 1.6을 만족시키는 유량과 열교환기의 UA 값을 도출하였다. 성적계수는 고온수의 온도가 증가할수록, 온수의 온도가 감소하고 유량이 증가할수록, 폐온수의 온도와 유량이 증가할수록, 용액 순환량이 감소할수록 증가한다. 반면 온수의 승온온도는 고온수의 온도가 증가할수록, 온수의 온도가 증가하고 유량이 감소할수록, 폐온수의 온도와 유량이 증가할수록, 용액 순환량이 증가할수록 증가한다. 또한, 열교환기의 UA 값이 증가할수록 성적계수 및 온수 승온 온도도 증가한다.

• 한국해양공학회지
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• 제31권3호
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• pp.248-255
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• 2017

Many rivers and seas have been affected by environmental contamination. Therefore, city water supplies often require a high-degree purification treatment to provide safe drinking water. However, in order to achieve a high-degree purification treatment, a large amount of chlorine has to be added to sterilize city drinking water. The added chlorine reacts chemically with water and forms hypochlorous and chlorine ions. The hypochlorous ionizes with hypochlorous ions and hydrogen ions. As a result, the city water contains a large amount of chlorine ion. As such, when city water is used with domestic boilers, many kinds of heat exchangers, and the engines of vehicle and ships, there are often corrosion problems. In this study, alkali water was electrochemically made by electrolysis of city water, and corrosion properties between alkali and city water were investigated with an electrochemical method. Most of the chlorine ions are thought to not be contained in the alkali water because the alkali water is created in the cathodic chamber with an electrolysis process. In other words, the chlorine ion can be mostly removed by its migration from a cathodic chamber to an anodic chamber. Moreover, the alkali water also contains a large amount of hydroxide ion. The alkali water indicated relatively good corrosion resistance compared to the city water and the city water exhibited a local corrosion pattern due to the chlorine ion created by a high-degree purification treatment. In contrast, the alkali water showed a general corrosion pattern. Consequently, alkali water can be used with cooling water to inhibit local corrosion by chlorine ions in domestic boilers, various heat exchangers and the engine of ships and for structural steel in a marine structure.

• 에너지공학
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• 제24권3호
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• pp.109-114
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• 2015

배열회수 보일러의 전열관군은 외부에 고온의 배기가스가 흐르면서 유동 유발 진동을 야기 시키며 배열회수 보일러의 전열관군에서 파손을 야기할 수 있어서 열교환기의 구조적 안정성을 위해 열교환기의 전열관군에서 유동 유발 진동 특성을 규명할 필요가 있다. 일반적인 열교환기 전열관군에서 유동 유발 진동에 관한 실험적 연구는 기존에 많이 진행되어 오고 있으며 유동 유발 진동에 대한 무차원 PSD(Power Spectral Density) 함수를 무차원 주파수인 Strouhal 수, fU/U의 함수로 도출된 실험적 결과들이 도출되어 있다. 본 연구는 열교환기 전열관군에서 유동 유발 진동에 관한 기존의 연구들의 결과를 전산유체해석을 통해 검증하고 배열회수 보일러의 전열관군의 유동 유발 진동 특성에 적용하기 위한 기반을 마련하는 것을 목적으로 한다. 이러한 것을 위해 단일 원관에서 비정상 상태 유동해석을 수행하여 주기적인 와동 발생 특성과 원관에서의 양력 변화 특성을 살펴보았다. 또한 원관에서 양력 변동 특성으로부터 유동 유발 진동에 따른 PSD 특성 결과를 도출하여 기존의 연구들과 비교를 통해 원관 주위의 PSD 특성을 정립하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.29-36
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• 2017

본 논문은 열병합 복합발전이란 하나의 프로세스에서 전기 또는 기계 동력과 열에너지의 두 형태를 생산하는 것이다. 가스터빈 열병합 발전 시스템의 각 구성부의 성능을 변수로 전체 시스템의 연료 소모와 각 구성부의 열과 전기의 성능을 표현하여야 한다. 전체시스템은 상부 시스템인 가스터빈 2대와 하부시스템인 열회수 증기발생기(HRSG) 2대, 증기터빈 1대, 지역난방열교환기 2대로 구성되어 있다. 가스터빈 열병합 복합발전시스템에서 가동시간 기준 10,000시간 후 성능시험을 각종 시험장치 설치 및 ASME PTC 46에 준한 성능시험으로 실시하였고, 발전소 전체의 종합출력과 효율에 대한 성능을 분석하였다. 이러한 성능시험 실시자료를 기초로 시험성능을 비교하여 성능변화 값을 확인하였다. 이 논문에서 가스터빈, 열회수 증기발생기, 증기터빈의 열역학적 시스템 해석을 통하여 이론적 결과 값을 산출하였다. 비교 대상은 전체 시스템의 생산열량과 대기로 배출되는 열량을 이론값과 실험값을 비교하였고, 전기출력 및 열 출력에 대한 효율을 이론값과 실제 값을 비교하였다. 가스터빈 열병합 복합발전소 성능 특성에 대한 시험결과를 열역학적 효율 특성과 비교하였으며, 0.3%의 오차를 보였다.