In, Sehwan;Hong, Yong-Ju;Yeom, Hankil;Ko, Junseok;Kim, Hyobong;Park, Seong-Je
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제18권1호
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pp.59-63
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2016
The superconducting NMR magnets have used cryogen such as liquid helium for their cooling. The conduction cooling method using cryocoolers, however, makes the cryogenic cooling system for NMR magnets more compact and user-friendly than the cryogen cooling method. This paper describes the thermal and structural analysis of a cryogenic conduction cooling system for a 400 MHz HTS NMR magnet, focusing on the magnet assembly. The highly thermo-conductive cooling plates between HTS double pancake coils are used to transfer the heat generated in coils, namely Joule heating at lap splice joints, to thermal link blocks and finally the cryocooler. The conduction cooling structure of the HTS magnet assembly preliminarily designed is verified by thermal and structural analysis. The orthotropic thermal properties of the HTS coil, thermal contact resistance and radiation heat load are considered in the thermal analysis. The thermal analysis confirms the uniform temperature distribution for the present thermal design of the NMR magnet within 0.2 K. The mechanical stress and the displacement by the electromagnetic force and the thermal contraction are checked to verify structural stability. The structural analysis indicates that the mechanical stress on each component of the magnet is less than its material yield strength and the displacement is acceptable in comparison with the magnet dimension.
The convection heat transfer coefficients on the top surface of a large liquid petroleum liquid injection(LPLi) engine piston are analyzed by solving an inverse thermal conduction problem. The heat transfer coefficients are numerically found so that the difference between analyzed temperatures from the finite element method and measured temperatures is minimized. Using the resulting heat transfer coefficients as the boundary condition, temperature of a large LPLi engine piston is analyzed.
Intermediate cooling for current lead is used of thermal link in conduction cooling and cooled of itself in liquid cooling because it is put in liquid. If a existing formula for cooling load and optimal diameter-length of current lead is applied, it generate some more cooling load. Therefore, variation of thermal link height and holding depth in liquid is considered. This result is used of reducing cooling load of current lead occupying most of superconducting system load and applying liquid/conduction cooling systems.
In this study, thermal analysis of a thermal capacitor, which is used to cool the current lead in conduction-cooled superconducting systems, was done. The temperature difference across a thermal capacitor was calculated by using heat conduction equation. Effect of heat load, total thickness, height and length of a thermal capacitor on the temperature difference were show. Using the results in this work, total thickness and heat height of a thermal capacitor can be determined for given heat load and given temperature difference. This work can be used practically in design for every superconduction system using a current lead.
Using materials with high thermal conductivity is a matter of great concern in the field of thermal management. In this study, we present our experimental results on an important physical property of carbon nanotube (CNT) films, two-dimensional thermal conductivity obtained by using an optical method based on Raman spectroscopy. We prepared four kinds of CNT films to investigate the effect of CNT type on heat spreading performance of films. This first comparative study using the optical method shows that the arc-discharge single-walled carbon nanotubes yield the best heat spreading film. And we observed thermal conductivity values of CNT films with various transmittances and found that the Raman method works as long as the sample is a transparent film. This study provides useful information on characterization of thermal conduction in transparent CNT films and could be an important step toward high-performance carbon-based heat spreading films.
Chae, Yoon Seok;Kim, Ji Hyung;Quach, Huu Luong;Lee, Sung Hoon;Kim, Ho Min
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제23권4호
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pp.61-69
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2021
This paper presents the analysis and experiment results on the electrical and thermal characteristics of metal insulation (MI) REBCO racetrack coil, which was wound with stainless steel (SS) tape between turn-to-turn layers, under rotating magnetic field and conduction cooling system. Although the field windings of superconducting rotating machine are designed to operate on a direct current, they may be subjected to external magnetic field due to the unsynchronized armature windings during electrical or mechanical load fluctuations. The field windings show the voltage and magnetic field fluctuations and the critical current reduction when they are exposed to an external magnetic field. Moreover, the cryogenic cooling conditions are also identified as the factors that affect the electrical and thermal characteristics of the HTS coil because the characteristic resistance changes according to the cryogenic cooling conditions. Therefore, it is necessary to investigate the effect of external magnetic field on the electrical and thermal characteristics of MI-SS racetrack coil for further development reliable HTS field windings of superconducting rotating machine. First, the major components of the experiment test (i.e., HTS racetrack coil construction, armature winding of 75 kW class induction motor, and conduction cooling system) were fabricated and assembled. Then, the MI racetrack coil was performed under liquid nitrogen bath and conduction cooling conditions to estimate the key parameters (i.e., critical current, time constant, and characteristic resistance) for the test coil in the steady state operation. Further, the test coil was charged to the target value under conduction cooling of 35 K then exposed to the rotating magnetic field, which was generated by three phrase armature windings of 75 kW class induction motor, to investigate the electrical and thermal characteristics during the transient state.
An numerical method to estimate thermal diffusivity has been developed for one-dimensional unsteady heat conduction problem, when the temperatures are know at two positions in a semi-infinite body. Using the closed form solution which has already derived an explicit solution for the inverse problem for one-dimensional transient heat conduction using Laplace transform technique, we first estimate the surface temperature. The thermal diffusivity can be estimated by using the estimated surface temperature and measured temperatures, which include some uncertainties. The estimated surface heat flux and thermal diffusivity are found to be in good agreement with those of the experimented conditions. This method will be extended to the simultaneous measurement of thermal diffusivity and thermal conductivity.
굴 패각분말을 함유한 석고시험체를 통하여 1차원 열전달 특성을 조사하였다. 굴패각 성분의 함유량이 늘어날수록 기공을 포함한 시험체의 구조적 변형에 근거하여 흡착과 같은 물리화학적 특성이 증가함에 따라 시험체 전체의 열전달 특성도 달라질 것으로 예측되었다. 푸리에(Fourier) 열전도 방정식을 기초로 하여 1차원 슬랩의 열전도 현상을 수치모사한 결과 패각분말의 배합도 및 각 성분재료의 열전달관련 물리적 계수에 따라 상당한 열전도 분포의 변화를 관측할 수 있었으며 이는 모형실험 결과와도 잘 부합하였다.
The method of Greenwood and Williamson is extended to obtain a solution to the coupled non-linear problem of steady-state electrical and thermal conduction across a crack in a conductive layer, for which the electrical resistivity and thermal conductivity are functions of temperature. The problem can be decomposed into the solution of a pair of non-linear algebraic equations involving boundary values and material properties. The new mixed-boundary value problem given from the thermal and electrical boundary conditions for the crack in the conductive layer is reduced in order to solve a singular integral equation of the first kind, the solution of which can be expressed in terms of the product of a series of the Chebyshev polynomials and their weight function. The non-existence of the solution for an infinite conductor in electrical and thermal conduction is shown. Numerical results are given showing the temperature field around the crack.
Fourier heat conduction law becomes invalid for the situations involving extremely short time heating, very low temperatures and fast moving heat source(or crack), since the wave nature of heat propagation becomes dominant. For these conditions, the modified heat conduction equation with the finite propagation speed of heat in the medium could be applied to predict heat flux and temperature distributions. In this study, temperature distributions at the vicinity of a very fast moving heat source are investigated numerically. Thermal fields are characterized by thermal Mach numbers(M) defined as the ratio of moving heat source speed to heat propagation speed in the solid. In the transonic and supersonic ranges($M{\ge}1$), thermal shocks are shown, which separate the heat affected zone from the thermally undisturbed zone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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