Boiling heat transfer characteristics of liquid nitrogen in a stainless steel plain tube and wire coil inserted tubes were investigated. The test tubes, which had an inner diameter of 10.6 m and a length of 1.65 m, were horizontally located. Five wire coils having different pitch and thickness were inserted into the plain tube. The pitches of the wire coils were 18.4, 27.6, and 36.8 m, and the thickness was 1.5, 2.0, and 2.5 mm respectively. Tests were conducted at a saturation temperature of $-191^{\circ}$, mass fluxes from 58 to 105 kg/$m^2s$, and heat fluxes from 22.5 to 32.7 kw/$m^2$. A direct heating method was used to apply heat to the test section. The boiling heat transfer coefficients of liquid nitrogen were represented as a function of vapor quality, which showed significant drop at the dryout vapor quality. The maximum heat transfer enhancement using the wire coil inserted tubes over the plain tube was $174\%$ for 'Wire 3' having a thickness of 2.5 mm and a pitch of 18.4 mm.
본 연구에서는 고공 환경을 모사하기 위해 선행되어야 할 저온 환경 구축에 대한 기초 실험을 수행하였다. 열교환기를 이용하여 공기를 극저온으로 냉각 시키고, 상온의 공기를 혼합하여 온도 특성을 고찰하였다. 오리피스를 사용하여 각각의 유량을 제어할 수 있는 시스템을 구축하였으며, 열교환을 위하여 액체질소를 사용하였다. 열교환기를 통하여 냉각된 공기의 온도를 일정하게 유지시키면서 상온의 공기를 혼합시킨 결과 상온의 공기 유량이 증가함에 따라 혼합 공기의 온도도 거의 선형적으로 증가함을 확인하였다. 이에 따라 저온 환경 구축에 필요한 다양한 유량의 저온 공기를 생성할 수 있는 가능성을 확보하였다.
저온 고압의 환경에서 안정한 하이드레이트 함유 퇴적물 연구를 위하여 현장의 압력을 유지하여 코어를 회수할 수 있는 압력 코어러 (Pressure Corer)가 개발된 이후로 다양한 방법으로 압력코어를 이용한 연구가 진행되어 왔다. 하이드레이트의 안정영역 특성상 일반 코어러 샘플에서는 하이드레이트 함유 퇴적물의 회수가 용이하지 않았던 이유로 압력코어샘플응 이용한 현장 하이드레이트 함유 퇴적물의 연구는 필수적이다. 초기 단계에서는 압력코어를 이용한 비파괴 검사와 단순 감압 시험이 이루어졌다. 비파괴 검사를 통하여서는 X-ray 단면, 감마 밀도 (gamma density), 음파 속도 등이 측정 되었으며 감암 시험을 통하여서는 시료 내 하이드레이트 함유량을 산정하였다. 감압 후 다양한 지화학 분석이 후행되었다. 가스 하이드레이트 함유 퇴적물의 물성과 생산 거동이 점차 부각됨에 따라 압력코어 시료를 순간 감압하여 액체 질소에 보관하였다가 압밀시험, 삼축 압축 시험 등 물성 시험이 수행되었으며 수행 동안 X-ray 단면, 비저항, 음파 속도 등의 물성측정이 이루어졌다. 또한 액체 질소 보관 시료를 이용하여 감압법, 열염수 주입법, 열자극 법 등을 적용하여 생산 실험을 수행하기도 하였다. 이후에 압력코어 시료 절단 및 이동 시스템이 개발됨에 따라 보다 다양하고 많은 연구자 들이 압력코어 시료를 이용할 수 있게 되었으며 물성 연구뿐만 아니라 미생물 연구에 까지 압력코어 시료가 사용되게 되었다. 최근에는 절단 시료를 이용한 생산 실험 연구 또한 진행되었다.
Cordyceps militaris의 액체 배양시 cordycepin(3'-deoxyadenosine) 생성에 영향을 주는 물리화학적 조건 및 배지 조성의 영향을 조사하였다. 사용된 17종 균주 중에서 C. militaris KCTC 6862, C. militaris KCTC 16932 및 C. militaris DGUM 32003이 우수한 cordycepin생산성을 보여주었다. Cordycepin생산에 적합한 최적 온도와 PH는 각각 $24^{\circ}C$와 pH 6.0-10범위이었다. YM배지에 탄소원으로 glucose를, 질소원으로 tryptone을 각 1% 첨가하였을 매 우수한 cordycepin 생산을 보여주었다. Tryptone을 질소원으로 하는 YMG 액체배지에서 5일간 배양하였을 경우, 39mg/l의 cordycepin의 농도가 측정되었다. 0.1%의 다양한 인산원을 각각 첨가한 결과, cordycepin생산을 저해하였다.
액체 질소를 이용하여 극저온 단일 제트 유동의 특성을 관찰하였다. 고압 챔버 내부에 액체 질소를 분사하여 단일 제트를 생성, 주위기체압력을 변화시킴으로써 아임계 조건부터 초임계 조건의 주위 환경에 따른 제트의 특성 변화를 확인하였다. 또한 분사기의 길이 대 직경비 및 분사기 내부 형상의 변화에 따른 제트의 특성 변화를 파악하였다. 유동 가시화를 통하여 극저온 제트의 형상 및 액주의 지름을 측정하였으며, 이로부터 액주의 확산각을 계산하여 이전 연구 결과와 비교하였다. 아임계 조건 및 초임계 조건에서의 제트의 형상 변화를 관찰하였으며, 주위기체압력이 대기압과 동일할 경우 제트 유동에서 불안정이 발생함을 확인하였다. 또한 주위기체압력이 증가함에 따라 액주의 확산각이 점차 증가하다가 일정 압력 이상에서 거의 일정하게 유지됨을 확인하였다.
The investigation of cryogenic liquid pool spreading is an essential procedure to assess the hazard of cryogenic liquid usage. In this experimental study, to measure the evaporation velocity when the pool is spreading, liquid nitrogen was continuously released onto unconfined concrete ground. Almost all of the reported results are based on a non-spreading pool in which cryogenic liquid is instantaneously poured onto bounded ground for a very short period of time. A simultaneous measurement of the pool location using thermocouples and of the pool mass using a digital balance was carried out to measure the evaporation velocity and the pool radius. A greater release flow rate was found to result in a greater average evaporation velocity, and the evaporation velocity decreased with the spreading time and the pool radius.
액체배양을 이용한 잣버섯(Lentinus lepideus KACC 50120)의 균사체 생육에 관한 결과로는 최적온도는 $25^{\circ}C$이고, 최적 pH는 5.5이었다. 공시배지중에서 최대 균사 생육을 보인 최적배지는 YMG 배지로 조사되었다. YMG 배지를 기본배지로 하여 영양 요구성 실험을 한 결과 탄소원 선발 및 최적 농도에서는 최적 탄소원은 glucose이고 최적 농도는 4.0%(w/v)이며 질소원 선발 및 최적 농도에서는 malt extract와 yeast extract를 혼합하여 사용하였을 때 최대 균사 생육을 보였고, 상기의 두가지 복합질소원을 1:1의 무게비로 혼합하여 1.5%(w/v)농도로 첨가하였을 때 균사생육이 가장 양호하였다.
추력 75톤급 액체로켓엔진용 터보펌프 조립체 실물형에 대하여 정격 회전수에서 성능시험이 수행되었다. 실매질 대신 상사매질을 사용하였는데 산화제펌프에는 액체질소, 연료펌프에는 물, 터빈에는 고온 공기가 공급되었다. 시험 중 터보펌프는 안정적으로 운전되었으며 성능 요구조건을 만족시켰다. 운전 초기의 회전수 상승구간에서도 펌프의 양정계수와 유량계수는 일정하게 유지되었다. 터보펌프 단품 성능시험과 조립체 성능시험 결과를 비교할 때 펌프 양정계수와 터빈 효율이 두 종류의 성능시험에서 비교적 잘 일치하였다.
액체로켓엔진에 적용되는 원심형 터보펌프의 효율특성을 실험적으로 고찰하였다. 펌프 단품에 대한 시험결과를 토대로 터보펌프 조립체의 성능을 예측하면서 시험매질에 따른 펌프의 효율특성에 대한 변화를 분석하였다. 펌프에 적용된 작동유체로 단품시험을 위해서는 상온 청수와 액체질소, 터보펌프 조립체 시험에서는 케로신(Jet A-1)과 액체산소(LOX)가 적용되었다. 설계점과 탈설계점 영역을 포함하는 전반적인 작동조건에 대하여 펌프의 효율특성을 파악하였고, 단품시험으로부터 실매질 환경에서 보정된 펌프효율을 구할 수 있었다.
액체 내에는 분자들 주위에 분자크기의 빈자리가 들어 있게 되어 빈자리로 뛰어들면서 기체와 같은 자유도를 갖는 분자와, 빈자리에서 좀 떨어져서 고체와 같은 자유도를 갖는 분자와, 빈자리 때문에 변형에너지를 받고서 천이상태에 있는 분자들이 있다고 가정하여 액체에 대한 상태함을 유도하여 알곤, 질소, 벤젠, 클로로포름 및 이황화탄소의 액체상태에서의 열역학적 성질들을 계산한 결과 실측치와의 좋은 일치를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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