• 한국안전학회지
• /
• 제35권3호
• /
• pp.96-104
• /
• 2020

The numerical simulations were conducted to investigate the thermal-fluid phenomena occurred inside the experimental apparatus during a PCCS, used to remove heat released in accidents from a containment of light water nuclear power plant, operation. Numerical simulations of the flow and heat transfer caused by wall condensation inside the containment simulation vessel (CSV), which equipped with 18 vertical heat exchanger tubes, were conducted using the commercial computational fluid dynamics (CFD) software ANSYS-CFX. Shear stress transport (SST) and the wall condensation model were used for turbulence closure and wall condensation, respectively. The simulation using the actual size of the apparatus. However, rather than simulating the whole experimental apparatus in consideration of the experimental cases, calculation resources, and calculation time, the simulation model was prepared only in CSV. Selective simulation was conducted to verify the effects of non-condensable gas(NC gas) concentration, CSV internal pressure, and wall sub-cooling conditions. First, as a result of the internal flow of CSV, it was observed that downward flow due to condensation occurred surface of the vertical tube and upward flow occurred in the distant place. Natural convection occurred actively around the heat exchanger tube. Due to this rising and falling internal flow, natural circulation occurred actively around the heat exchanger tubes. Next, in order to check the performance of built-in condensation model using according to the non-condensable gas concentration, CSV internal flow and wall sub-cooling, the heat flux values were compared with the experimental results. On average, the results were underestimated with and error of about 25%. In addition, the influence of CSV internal pressure and wall sub-cooling was small, but when the condensate was highly generated due to the low non-condensable gas concentration, the error was large compared to the experimental values. This is considered to be due to the nature of the condensation model of the CFX code. However, in spite of the limitations of CFD, it is valid to use the built-in condensation model of CFD for PCCS performance prediction from a conservative perspective.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.33-36
• /
• 2008

The transient behavior of a passive air breathing direct methanol fuel cell (DMFC) operated on vapor-feeding mode is studied in this paper. It generally takes 30 minutes after starting for the cell response to come to its steady-state and the response is sometimes unstable. A mathematical dynamic one-dimensional model for simulating transient response of the DMFC is presented. In this model a DMFC is decomposed into its subsystems using lumped model and divided into five layers, namely the anodic diffusion layer, the anodic catalyst layer, the proton exchange membrane (PEM), the cathodic catalyst layer and the cathodic diffusion layer. All layers are considered to have finite thickness, and within every one of them a set of differential-algebraic governing equations are given to represent multi-components mass balance, such as methanol, water, oxygen and carbon dioxide, charge balance, the electrochemical reaction and mass transport phenomena. A one-dimensional, isothermal and mass transport model is developed that captures the coupling between water generation and transport, oxygen consumption and natural convection. The single cell is supplied by pure methanol vapor from a methanol reservoir at the anode, and the oxygen is supplied via natural air-breathing at the cathode. The water is not supplied from external source because the cell uses the water created at the cathode using water back diffusion through nafion membrane. As a result of simulation strong effects of water transport were found out. The model analysis provides several conclusions. The performance drop after peak point is caused by insufficiency of water at the anode. The excess water at the cathode makes performance recovery impossible. The undesired crossover of the reactant methanol through the PEM causes overpotential at the cathode and limits the feeding methanol concentration.

• 대한기계학회논문집
• /
• 제18권4호
• /
• pp.1019-1030
• /
• 1994

Natural convection heat transfer from a horizontal ice cylinder immersed in quiescent cold pure water was studied experimentally. The experiment was conducted for the ambient water temperatures ranging from $2.0^{\cric}C$ to $10.0^{\circ}C$. The flow fields around an ice cylinder and its melting shapes were visualized and local Nusselt numbers obtained. Especially, its attention was focused on the density maximum effects and stagnation point Nusselt number. From the visualized photographs of flow fields, three distinct flow patterns were observed with the ambient water temperature variation. The melting shapes of ice cylinder are various in shape with flow patterns. Steady state upflow was occured at the range of $2.0^{\circ}C \leq T_{\infty} \leq 4.6^{\circ}C$ and steady state downflow was occured at $T_{\infty} \geq 6.0^{\circ}C$. In the range of $4.7^{\circ}C < T_{\infty} < 6.0^{\circ}C$, three-dimensional unsteady state flow was observed. Especially, the melting shapes of ice cylinder have formed the several spiral flutes for the temperatures ranging from $5.5^{\circ}C$ to $5.8^{\circ}C$. For upflow regime, the maximum stagnation point Nusselt number exists at $T_{\infty} = 2.5^{\circ}C$ and as the ambient water temperature increases the Nusselt number decreases. At ambient water temperature of about $5.7^{\circ}C$, Nusselt number shows its minimum value.

• 에너지공학
• /
• 제7권1호
• /
• pp.113-121
• /
• 1998

자연대류열전달에 있어서 유체의 속도는 온도장에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서 유체의 물성치의 변화는 유동장 및 온도장에 크게 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 물성치에 의한 영향을 분석하기 위하여 동일한 레이레이수(Rayleigh number)하에서 물성치의 대표적인 무차원수인 프란틀수(Prandtl number)가 넓은 범위에서 변하는 경우에 대한 연구를 수행하였다. 그리고 유체의 점성계수 및 열전도도를 온도에 따른 2차원 다항식 함수로 모델링하여 전산해석을 시도하여 그 영향을 분석하고자 시도하였다. 열전달량의 척도인 누셀트수(Nusselt number)의 프란틀수 의존도는 레이레이수 의존도에 비하면 약한 편이지만 비교적 강한 것으로 나타났다. 물성치가 온도의 함수로 주어지는 경우, 유동장은 경계면을 제외하고는 비교적 강한 것으로 나타났다. 물성치가 온도의 함수로 주어지는 경우, 유동장은 경계면을 제외하고는 비교적 약한 영향을 받지만 온도장은 강한 영향을 받는 것으로 나타났으며, 특히 열전도도가 온도의 함수로 주어지는 경우에 온도장에 미치는 영향은 상당히 강한 것으로 관찰되었다.

• 태양에너지
• /
• 제19권3호
• /
• pp.29-41
• /
• 1999

본 연구에서는 돌출된 단일 모듈이 부착된 수직 채널내의 3차원 자연대류 특성을 실험적으로 조사하였으며, 특히 모듈로부터 대류에 의한 열에너지 제거에 초점을 두었다. 채널내의 유동장은 smoke-method를 이용하여 가시화 하였다. 또한 채널내부, 수직벽면 및 모듈표면의 국소온도를 열전대와 열플럭스 센서를 이용하여 측정하여 복사와 전도에의한 열손실량을 계산하였다. 실험결과 대류열전달은 모듈 하부의 모서리 부근에서 가장 활발히 일어나고, 모듈 상부에서의 재순환영역은 열전달을 감소시킴을 알 수 있으며 임계 채널간격비를 예측할 수 있는 상관식을 레일리히수의 함수로 구하였다. 또한 $8.28{\times}10^3<Ra^*_c<3.48{\times}10^6$의 범위에서 수정 채널 레일리히수의 함수로써 평균 누셀트수와의 상관식을 구하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제25권1호
• /
• pp.8-19
• /
• 1993

강제순환 냉각상실사고시 조밀화된 저장계통의 사용후 핵연료에서 생성된 붕괴열의 제거를 확인하기 위한 자연순환 해석모델이 개발되었다 채택된 수치기법은 ADI방법에 근거하였다. 사용후 핵연료의 붕괴열 생성율은 ANS-79 붕괴열 모델에 따라 계산되었으며, 보수적인 붕괴열 생성량 입력을 위해 chopped sine곡선에 따른 비균일 표면열속이 가정되었다. 저장조내 국부비등의 발생 가능성을 조사하기 위해서 민감도분석이 수행되었으며, 이는 핵연료간 거리 비, 열 생성량 및 핵연료 봉 반지름 등의 여러 변수를 변경시킴으로서 이루어졌다. 이 모델의 적용결과는 적절한 냉각시간 후의 조밀화된 사용후 핵연료 다발을 통한 자연대류 유량이 안전하고 효과적인 방식으로 저장조의 온도준위를 조절할 수 있음을 보여주고 있으며, 또한 사용후 핵연료봉 재배치를 위한 냉각시간에 관한 허용기준이 얻어졌다.

• 한국자기학회지
• /
• 제23권2호
• /
• pp.77-81
• /
• 2013

본 연구의 목적은 회전자기장에서 회전수 및 자기장강도 변화에 따른 이중원관내 자성유체의 자연대류 열전달 특성에 관하여 고찰하는 것이다. 회전자기장은 6극 3상 유도전동기를 사용하여 인가하였고, 인버터 드라이버와 전압변환기를 이용하여 회전수 및 자기장강도를 제어하였다. 실험에 사용된 경계조건으로 이중원관 내부원관은 $30^{\circ}C$로 유지하고 외부원관은 $25^{\circ}C$로 유지하였으며, 회전자기장은 반시계방향으로만 인가하여 실험을 수행하였다. 그 결과 이중원관내 자성유체의 자연대류 열전달 특성은 회전자기장의 회전수 및 자기장강도 증가에 따라 열확산이 증가하여 고온부과 저온부의 열교환이 활발히 이루어졌으며, 이중원관 내 자성유체의 열확산 방향은 인가자기장과 같은 방향인 반시계방향으로 진행되었다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제37권11호
• /
• pp.1423-1428
• /
• 2013

본 논문은 1.2kW 급 BLDC 모터의 분석을 위하여 열 발산 측정 시스템을 제작하였다. 온도증가는 모터절연체의 문제를 일으켜 모터 수명과 연결되므로 모터의 온도를 아는 것은 중요하다. 실험에서 모터의 부하를 설정하기 위해 자동차용 제너레이터를 장착하였고, 부하의 변경을 위해 165W~495W를 변화를 주었다. 다양한 부하조건하에 분당 모터 회전 수를 2000~4000 까지 변경하면서 모터 각 부분에 열전대로 시간에 따른 온도변화를 측정하였다. 실험 결과로서 자연대류조건하에서는 모터의 회전 수 및 부하가 증가할수록 온도는 수렴하지 않으며 모터코일의 온도가 최고 $120^{\circ}C$ 이상까지 증가하였으나, 강제 대류조건하에서는 4000s 이상에서 $84^{\circ}C$에 수렴하였다. 모터의 최대/최소 온도 차이는 회전 수 및 부하가 증가할수록 최소 $10^{\circ}C{\sim}26^{\circ}C$의 차이를 보였다. 온도의 분포는 모터코일(1 번채널), 모터외부옆면(5 번채널), 모터내부 캡(2 번채널), 모터외부상부(4 번채널), 모터내부벽면(3 번채널)순으로 나타났다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제44권3호
• /
• pp.370-380
• /
• 2016

제주도 지역에서 소나무재선충병 피해를 받은 곰솔 원목의 이용확대를 위하여 열처리를 수행하였다. 열처리는 처리 원목의 중심부가 소나무재선충의 사멸온도인 $56^{\circ}C$를 30분간 유지하여야 한다. 곰솔 원목의 초기함수율과 말구지름은 각각 46% ~ 141%, 180 mm ~ 500 mm의 범위이고, 기본비중과 전건비중은 각각 0.47, 0.52이었다. $105^{\circ}C$ 조건에서 함수율과 말구지름에 따라 열처리에 소요되는 시간은 7.7 h ~ 44.2 h의 범위로 측정되었다. 다양한 함수율 및 지름을 갖는 곰솔 원목의 열처리 소요시간을 예측하기 위하여 열처리 진행 중 처리목 내부의 온도분포를 유한차분법을 적용한 2차원 열전달 해석을 통하여 제시하였다. 열전달 해석을 위한 목재의 열적 특성은 함수율에 따른 열전도계수와 비열을 적용하였으며, 자연대류와 강제대류를 합한 형태의 혼합대류에 의한 혼합대류계수를 적용하였다. 실험값과 예측 값의 오차는 3 ~ 45%의 범위로 분석되었다. 곰솔 원목에서 초기함수율이 50%이고, 말구지름이 200 mm, 300 mm, 400 mm인 경우, 예측된 열처리 소요시간은 각각 10.9 h, 18.3 h, 27.0 h이었다. 초기함수율이 75%일 때, 지름에 따라 각각 13.6 h, 22.5 h, 32.8 h이고, 초기함수율이 100%일 때, 지름에 따라 각각 16.2 h, 26.5 h, 38.2 h이었다. 이러한 열처리 소요시간의 예측방법에 소나무와 잣나무 등 다른 소나무재선충병 피해목의 물리적 특성을 적용하면, 함수율과 말구지름에 따른 열처리 소요시간을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 생태와환경
• /
• 제42권1호
• /
• pp.85-94
• /
• 2009

용담댐 저수지에 설치된 대류식 순환장치에 대한 현장 조사 결과에 의하면 수평방향의 직접영향권은 성층 강도에 큰 영향 없이 반지름 $7{\sim}10m$에 이르는 것으로 조사 되었으며 수직방향으로는 성층강도에 따라 또는 가동기간에 따라 조금씩 달라지는 것으로 나타났다. 즉 가동시간이 길어짐에 따라 하층에서 올라온 수온이 낮은 수체는 보다 깊게 먼 곳까지 이동하는 것으로 나타났으나 성층을 깨지는 못하는 것으로 나타났다. 2008년 현장에서 실측 조사한 결과와 CFD모사 결과에 의하면 이런 조건에서 한 달을 가동하면 하층에서 올라온 수체가 대류식 장치 주변으로 수심 8 m, 지름 120 m의 수층을 이루게 되며 50일을 가동하면 수심 10 m, 지름 130m의 수층을 이루는 것으로 평가되었다. 대류식 순환장치가 설치된 지역에 대한 CFD모사를 하기 전에 이 지역의 흐름특성을 평가하였다. 대상 지역의 흐름은 연중 크게 3가지로 구분되었으며 각각의 경우 유량은 다르지만 저수지 수체의 흐름 속도는 모두 $0.05{\sim}1.5cm\;sec^{-1}$로 나타나 CFD모사시에 저수지 흐름을 고려하지 않아도 될 것으로 평가되었다. CFD를 이용한 수체거동 모사결과 순환장치로부터 3m지점에서의 유속은 $0.25m\;sec^{-1}$를 나타냈고, 5m지점에서는 $0.2m\;sec^{-1}$를 나타냈다. 현장 실측 결과와 비교시 유속은 모사 결과가 조금 크게 산정되는 것으로 나타났으나 향후 보다 많은 자료를 확보하여 비교해 보아야 할 것으로 판단되었다. 반면 영향범위는 반경방향으로 10 m지점까지는 직접영향을 받고, 그 보다 먼 지점은 간접영향권임을 나타내고 있어 이는 모사결과와 실측치 간에 일치하는 것으로 나타났다. 수면에서의 온도분포는 순환장치로부터 분출된 저온의 물이 반지름 약 10 m지점까지는 수온변화에 영향을 미치는 직접영향권인 것을 알 수 있다. 이상과 같이 모사 결과는 현장에서 실측한 것과 유사한 결과를 나타내므로 결과의 신뢰성이 높은 것으로 판단되었다.