구리분말 소결윅 히트파이프의 열수송 한계를 예측하는 이론적 해석을 수행하였다. 히트파이프의 직경은 8 mm이고 물을 작동유체로 사용하였다. 입자의 직경을 대표적인 5 가지로 분류하여 각각의 유효 모세관 반경($r_c$) 기공률($\varepsilon$), 투파율(K)을 토대로 작동온도와 윅 두에 그리고 경사각에 따른 모세관압력과 열수송 한계, 열저항을 분석하였다. 소결윅의 모세관한계는 입자 직경이 크고 윅 두께가 증가하며 작동온도가 높을수록 증가했다 기공률과 모세관 반경이 증가할수록 열수송 한계가 높아졌으며, 윅 두께가 증가함에 따라 열저항이 크게 상승하였다.
스크린 메쉬윅 및 소결윅 히트파이프의 열수송 한계를 예측하기 위한 이론적 해석을 수행하였다. 히트파이프의 직경은 8mm이고 작동유체는 물을 사용하였다 250메쉬 조건에서, 각각의 유효 모세관 반경(r$_{c}$ ), 기공률($\varepsilon$), 투과율(K)을 토대로 작동온도와 윅 두께 그러고 경사각에 따른 모세관압력과 열 수송 한계, 열 저항을 분석하였다. 작동온도가 높고 윅 두께가 증가할수록 모세관한계가 높아졌으며, 대체로 소결윅이 스크린적보다 높은 열수송 한계를 나타냈다. 스크린윅의 열저항이 소결윅보다 높았으며, 두 가지 모두 윅 두께가 증가함에 따라 열저항이 선형적으로 상승하였다.
본 연구에서는 소형 동-소결윅 히트파이프를 대상으로 소결윅의 구조적 인자들이 히트파이프의 열수송 한계에 미치는 영향을 이론적으로 분석하였다. 소결윅의 입자 크기의 균일성과 소결 조건이 전체적인 기공분포와 기공률을 포함한 물리적 특성에 지배적인 요소로 작용했으며, 윅 두께 및 기공의 작은 편차가 히트파이프의 열수송 한계에 대체로 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히, 증기온도와 경사각에 따라서 윅 두께와 평균 입자 반경, 그리고 모세관반경의 미세한 변화가 히트파이프의 모세관한계를 현저하게 변화시켰다.
This paper is to research the heat transfer characteristic performance of the copper-water heat pipe with the screen wicks. Recently, the semiconductor capacity of an electronic unit has been larger, on the contrary, its size has been much smaller. As a result, a high-performance cooling system is needed. Experimental variables are inclination angles, temperatures of cooling water and the mesh number of screen wicks. The distilled water was used for the working fluid. At the inclination angle $6^{\circ}$ in top heat mode, the two layers of the 100-mesh screen wick showed the best heat transfer performance. The thermal resistance of the two layers with the 100-mesh screen was 0.7~$0.8^{\circ}C$/W.
Experimental studies of the cylindrical sintered-copper wick heat pipes were carried out to investigate the capillary heat transfer characteristics. Six models of the sintered-copper wick heat pipes were manufactured and tested to evaluate the heat transport limitations and the thermal characteristics. Also the performance of the heat pipes was analyzed theoretically and compared with the test results. The heat pipe models are divided into two sintered-wick groups and the nominal particle sizes are $180{\mu}m$(wick #1) and $200{\mu}m$(wick #2) respectively The experimental results showed that, the porosity of wick #1 was higher than that of wick #2, and also the wick #1 was generally superior than the wick #2 for the heat transport capability. The maximum heat transport rates were increased as the wick thicknesses and the vapor temperatures were increased.
소형 히트파이프에서 ?을 구리망사 또는 그루브를 적용할 수 있고 그루브 형상은 U, V 등 다양하다. 망사?은 모세압이 큰 잇점이 있어나 제작 단가가 높다. 그루브?은 대량생산이 용이하나 전밀 가공 기술이 요구된다. 현재까지 국내에서는 노트북 PC의 CPU 냉각에 사용한 소형 히트파이프의 전량을 해외에서 구매하고 있다. 본 연구에서는 직경 7 mm U형 그루브 관을 인발하여 관직경을 축소한 결과 내경 3.6 mm의 외경 4mm 의 V형 그루브관을 얻을 수 있었다. 이 관을 이용하여 소형 히트파이프를 제작하고 열전달 성능 시험을 수행하였다. 열전달 한계는 40~6$0^{\circ}C$ 범위작동온도 경사각 0$^{\circ}$ 에서 3 W를 얻을 수 있었다. U형 그루브 히트파이프에 비하여 모세압 저하로 인하여 낮은 값을 나타내었다. 열저항을 약 0.7~l.3 $^{\circ}C$/W 로 U형 그루브와 유사하였다.
본 연구에서는 고밀집 섬유다발체 내에 수은과 금속이온을 함유한 수용액을 동시에 주입시켜 최소 공간에서 최대한의 수은전극 면적을 갖는 수직형 순환식 수은 모세관 다발체 전극 전해반응 장치가 개발되었다. 이 장치의 특성과 안정성을 평가하기 위해 수은과 수용액의 유량 변화에 따른 철(III)과 우라늄(VI)이온의 환원 voltammogram이 측정되었다. 수용액의 유속은 장치 내 전해반응에 큰 영향을 미쳤으며, 잘 발달된 한계전류를 얻기 위해서는 정밀한 유속조절이 필요하였다. 측정된 voltammogram의 한계전류는 수용액 유속에 선형적으로 비례하였으며, 한계전류를 보이는 전위에서 연속적으로 우라늄(VI)과 철(III) 이온을 100% 환원시킬 수 있었다. 고밀집 섬유집합체 내에서 수은이 모세관 연속체를 유지하는데 필요로 하는 수은유속 이상에서는 수은유속의 변화는 장치 내의 전해반응에 큰 영향을 미치지 않았다. 본 연구에서 개발된 수직형 순환식 수은 모세관 다발체 전극 전해계는 정확히 제어되는 수용액 유량조건에서 수용액 내의 금속이온의 산화수 상태 및 농도의 연속적인 분석 및 전해반응 기구 해석에 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었다.
본 연구에서는 나노유체의 유동학 특성을 반영한 히트파이프 열적특성을 연구하였다. $Al_2O_3$와 CuO 나노입자를 적용한 나노유체를 작동유체로 하여 나노입자 부피비와 응집도에 대한 히트파이프 성능을 확인하였다. 나노입자의 부피비와 응집도가 증가할수록 점성과 열전도도는 증가하는 것으로 나타났으며 두 인자는 히트파이프 성능에 영향을 주었다. 나노입자응집이 없는 경우에는 나노입자의 부피비 증가가 모세관압력한계 성능을 향상시켰지만 응집도가 증가하면 입자부피비가 증가해도 모세관압력한계가 감소했다. 그리고 나노입자의 열전도도, 부피비, 응집도에 대한 히트파이프 열저항을 분석하였다. 히트파이프의 투과율이 높을수록 최대열수송량은 입자부피비에 미치는 영향이 컸으며 3차원 그래프를 통해 윅 특성에 대한 최적화된 나노입자부피비를 확인하였다.
The purpose of the present study is to investigate the capillary heat transportation limitation in heat pipe according to the change of screen mesh wick porosity. Diameter of pipe was 6 mm, and mesh numbers are 100, 150, 200 and 250 and water was selected as a working fluid. According to the change of wick porosity and mesh number, the capillary pressure, pumping pressure, liquid friction coefficient in wick, vapor friction coefficient, and capillary heat transportation limitation are analyzed by theoretical design method of a heat pipe. As some results, the capillary heat transportation limitation in screen mesh wick heat pipe is largely affected by wick porosity and mesh number.
본 연구는 모세관 사이폰 현상을 이용한 부유물질제거 장치를 사용하여 부유물질제거 가능성 및 처리수량과 수질에 미치는 영향인자에 대하여 검토하였다. 처리유량은 누적처리시간과 모세관 사이폰 유입부 수두가 클수록 작아지는 반면에 처리수 수질은 향상되는 경향을 보였다. 한계 flux를 $107{\ell}/m/day$로 하고, 응집제를 각각 0, 0.45, $1.82mg/{\ell}$ (as $Al^{+3}$)로 주입하였을 때 처리수 탁도는 평균 2, 1, 0.5NTU를 보였고, 15~17일간 운전하는 동안 세척수량은 처리수량의 약 0.5~0.7%가 사용되었다. 따라서, 모세관 사이폰 현상을 이용한 부유물질제거 장치는 정수처리공정 중의 응집침전과 급속여과공정에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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