• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.383.2-383.2
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• 2016

임계 열유속 현상은 열전달 시스템에서 가열조건이나 유동조건이 변함에 따라 열전달 표면 부근의 유체상태가 액체에서 기체로 바뀌면서 열전달계수가 급격히 감소하는 현상을 말한다. 임계 열유속 발생 시 핵 비등 영역에서 순간적으로 막 비등 영역으로 넘어가면서 원전 시스템의 물리적 파괴를 일으킬 수 있게 된다. 따라서 임계 열유속 현상은 시스템 설계 및 안전해석 뿐만 아니라, 열교환 및 냉각 장치 설계에서 중요하게 고려되고 있다. 특히, 비등 열전달 시스템에서 임계 열유속 발생 시 시스템의 물리적 손상을 야기하게 된다. 따라서 원전 시스템을 보호하면서 성능을 극대화시키기 위해서는 임계 열유속 향상이 필수적이며, 임계 열유속 향상을 위한 대안 중 하나로서 열적 특성이 우수한 나노유체를 열전달 시스템에 적용하여 임계 열유속 향상을 위한 연구가 지속되고 있다. 따라서 본 연구에서는 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체를 사용하여 각각 0.5 m/s, 1.0 m/s, 1.5 m/s의 유속에서 임계 열유속과 열전달 계수를 측정하였다. 그 결과 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 유속이 증가 할수록 임계 열유속이 증가하는 것을 확인 하였으며, 순수물과 비교하여 최대 62.64% 증가함을 확인하였다. 그리고 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 비등 열전달 계수 또한 유속이 증가 할수록 비등 열전달 계수가 증가하는 것을 확인하였며 최대 24.29% 증가함을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.382.1-382.1
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• 2016

비등 열전달 시스템은 각종 발전 시스템, 열교환기, 냉방 및 냉동 시스템과 같이 다양한 산업에서 이용되며 매우 중요시 되고 있다. 또한 비등 열전달 시스템에서의 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계 및 안정성을 나타내는 중요한 인자이다. 따라서 비등 열전달 시스템의 성능을 높이기 위해 임계 열유속을 향상시키려는 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 최근에는 작동유체를 나노유체로 사용할 경우 임계 열유속을 크게 향상 시킬 수 있다고 보고되었다. 하지만 작동유체를 나노유체로 사용할 경우 나노입자가 열전달 표면에 침착되는 현상을 유발하며 열전달 시스템의 성능을 감소시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 산화 처리된 그래핀 나노유체의 파울링 현상에 따른 열적 특성을 분석해 보았다. 그 결과 산화 처리된 그래핀 나노 파울링은 유속과 파울링을 위한 코팅시간이 증가할수록 산화 처리된 그래핀 나노유체의 임계 열유속이 크게 증가하고 있음을 확인할 수 있었다. 하지만 임계 열유속은 증가하나 비등 열전달 표면의 온도가 크게 증가하고 있음을 확인하였다. 그리고 열전달 계수는 유동이 없는 순수 물 비등 열전달 계수와 비교하여 감소하는 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제15권1호
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• pp.35-44
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• 2006

본 연구에서는 비등열전달 과정동안, 초음파 진동이 열전달 과정에 미치는 영향에 관하여 실험적으로 조사해 보았다. 실험은 등온가열조건하에서, 40kHz의 초음파 진동을 가진한 경우와 가진하지 않은 경우로 나누어 비등과정동안의 온도분포를 측정하였고, 대류상태와 과냉상태 그리고 포화상태에서의 열전달계수를 측정하여 열전달 향상율을 비교하여 보았다. 또한, 하이드로폰을 이용하여 초음파 가진시 매질내에 발생하는 음압분포를 측정하고 열전달 향상율과 비교하여 보았다. 실험결과, 비등열전달 과정에 초음파 진동을 가진한 경우, 가진하지 않은 경우와 비교하였을 때 열전달계수가 높게 나타나는 것을 확인하였으며, 특히 대류상태에서 열전달계수가 급격하게 증가하였다. 또한, 초음파 진동의 가진으로 인해 형성되는 음압은 진동자가 부착된 지점에서 주위보다 상대적으로 높게 형성되는 것을 실험적으로 확인하였으며, 초음파 진동으로 인해 형성된 높은 음압이 열전달 향상율에 영향을 미치는 원인의 하나로 작용하고 있음을 알 수 있었다. 결국, 초음파 진동에 의해 매질내에 발생하는 음압은 열전달 향상과 밀접한 관련이 있다고 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.382.2-382.2
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• 2016

현재 전 세계적으로 에너지 소비가 급격히 증가하고 있다. 하지만 급격한 에너지 소비에 따른 자원 및 에너지 공급의 불확실성은 점점 높아지고 있다. 특히, 우리나라는 공급 에너지의 96.4%를 해외 수입에 의존하고 있기 때문에 에너지 안보에 매우 취약한 구조를 갖고 있다. 그리고 열전달 시스템에서 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계를 나타낸다. 따라서 임계 열유속의 향상은 열전달 시스템의 안전성의 향상을 위한 필수적인 요소이다. 이에 따라 다양한 산업에서 열전달 시스템을 통하여 막대한 양의 에너지가 소비됨에 따라 우수한 열전달 특성을 가진 나노유체를 사용하여 열전달 시스템의 효율 및 안정성을 높이고자 하는 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 유동 비등에서 그래핀 나노 유체 사용에 따른 열전달 특성을 분석하였다. 유동 비등에서 0.01 vol%의 산화 처리된 그래핀 나노유체를 사용하였을 경우 유속이 증가함에 따라 임계 열유속은 증가하였으며 유속이 증가함에 따라 비등 열전달 계수도 증가함을 확인하였다. 그리고 임계 열유속은 순수 물보다 최대 66.32% 증가하였으며, 비등 열전달 계수는 풀비등에서 보다 최대 28.14% 증가함을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제17권3호
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• pp.33-41
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• 1993

양벽면 모두 사각돌출형조도요소가 설치된 동심 이중관내에서 생기는 비대칭 난류유동과 열전달 특성을, 열전달과 마찰계수에 미치는 조도의 합성효과를 조사하기 위해, 연구하였다. 이론해석에서는 한쪽면에 거칠기가 있는 평행평판의 유동에 대한 수정 플란틀 혼합길이(mixing length)이론의 난류 모델을 속도분포와 마찰계수를 구하는데 사용하였다. 최대속도지점에서 안쪽과 바깥쪽의 두 속도형상들은 힘의 평형에 의해 일치시켰다. 그리고 나서, 온도 분포와 열전달 계수를 계산하였다. 속도형성과 마찰계수들의 해석결과는 실험과 매우 잘 일치하였다. 마찰계수와 Nusselt number에 미치는 조도비, 조도에 대한 피치비, 그리고 반경비등과 같은 여러 변수들의 효과들을 조사하였다. 본 연구는 일정의 조도 요소들이 전체적 효율 측면에서 볼때 유리하게 열전달을 향상시킨다는 것을 증명하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제18권1호
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• pp.41-50
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• 1994

동심 이중관내에서 외관내벽의 사각돌출형 조도요소에 의한 비대칭 난류유동과 열전달 특성을, 열전달과 마찰계수에 미치는 조도의 합성효과를 조사하기 위해, 연구하였다. 이론해석에서는 수정 플란틀 혼합길이(mixing length)이론의 난류모델을 속도분포와 마찰계수를 구하는데 사용하였다. 최대 속도지점에서 안쪽과 바깥쪽의 두 속도 형상들은 힘의 평형에 의해 일치시켰다. 그리고나서, 온도분포와 열전달 계수를 계산하였다. 속도형상과 마찰계수들의 해석결과는 반경비 (${\alpha}$)= 0.13, 0.26, 0.4, 그리고 0.56 경우의 실험과 매우 잘 일치하였다. 마찰계수와 Nusselt number에 미치는 반경비, 조도비, 그리고 조도에 대한 피치비 등과 같은 여러 변수들의 효과들을 조사하였다. 본 연구는 일정 조도 요소들이 전체적 효율 측면에서 볼 때 열전달을 우리하게 향상시킨다는 것을 증명하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.383.1-383.1
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• 2016

열전달 시스템에서 임계 열유속 발생 시 시스템의 물리적 손상을 야기하기 때문에 비등 열전달에서 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계 또는 안전성을 나타낸다. 따라서 열전달 시스템의 안정성을 위해서는 임계 열유속 향상이 필수적이다. 최근에는 나노유체를 열전달 시스템에 적용할 경우 임계 열유속이 증가한다고 보고되었다. 하지만 나노유체는 원전 및 각종 열전달 시스템에 적용 시 나노입자가 열전달 표면에 침착되는 파울링 현상을 발생시킬 수 있으며, 이 때문에 시스템의 열효율이 크게 감소할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 열전달 시스템에 나노유체를 적용했을 때, 나노유체의 침착현상이 시스템에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 유속과 코팅시간이 증가할수록 산화처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 임계 열유속이 크게 증가하고 있음을 확인할 수 있다. 하지만 나노입자 침착정도와 유속이 증가할수록 비등 열전달 표면과 유체의 포화온도의 차이인 과열도가 상당히 크게 증가함을 알 수 있었으며, 열전달 계수는 순수 물의 0 m/s의 비등 열전달 계수와 비교하면 감소하는 것을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제17권1호
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• pp.45-54
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• 1993

동심 이중관내에서 사각돌출형 조도요소에 의한 비대칭 난류유동과 열 전달특성을, 열전달과 마찰계수에 미치는 조도의 합성효과를 조사하기 위해, 연구하였다. 이론해석에서는 한쪽면에 거칠기가 있는 평행평판의 유동에 대한 수정 플란틀 혼합길이(mixing length)이론의 난류모델을 속도분포와 마찰계수를 구하는데 사용하였다. 최대속도지점에서 안쪽과 바깥쪽의 두 속도형상들은 힘의 평형에 의해 매치(match) 시켰다. 그리고나서, 온도 분포와 열전달 계수를 계산하였다. 속도형상과 마찰계수들의 해석결과는 실험과 매우 잘 일치하였다. 마찰계수와 Nusselt number에 미치는 조도비, 조도에 대한 피치비, 그리고 반경비등과 같은 여러 변수들의 효과들을 조사하였다. 본 연구는 일정 임의의 조도 요소들이 전체적 효율 측면에서 볼 때 유리하게 열전달을 향상시킨다는 것을 증명하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2009년도 추계학술발표논문집
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• pp.271-274
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• 2009

연구에서는 두 가지 종류의 미세관을 사용하여 증류수 및 0.1vol.%, 0.3vol.%의 농도를 가지는 은 나노유체의 층류 유동 조건인 Re 수 500~2500의 범위에서 대류 열전달 실험을 수행하였다. 열전달 계수 실험 결과 0.1vol.%의 경우 증류수에 비해 약 3~69%의 향상이 있었고 0.3vol.%의 경우 약 35~125%의 열전달 계수의 향상이 있었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권5호
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• pp.453-460
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• 2013

평판형 태양열 집열기의 효율을 높이기 위한 방법으로 열전달 향상 장치의 삽입, 표면 거칠기의 변화 등 다양한 방법들이 알려져 있다. 본 연구는 실험을 통해 다양한 열전달 향상 장치를 제작하고 이를 덕트에 삽입해 실험을 수행하였다. 실험은 기본적으로 덕트 윗 평판에 일정한 열유속을 가하였고, 삽입된 모델은 매끈한 덕트 형상(Base case)과 Chamfered rib $10^{\circ}$, Chamfered rib $20^{\circ}$, Rib & Groove, Rib & Dimple 모델이다. 실험은 Reynolds 수가 2,300~22,000의 범위에서 이루어졌으며 이는 난류영역에 해당한다. 열전달 향상 장치를 삽입하면 면적의 증가와 2차 유동으로 인하여 열전달이 향상되고, Reynolds 수가 증가할수록 열전달이 향상되었으며 압력강하도 증가하였다. 열전달 측면에서는 Rib & Dimple 모델이 열전달 향상 효과가 가장 좋았으며, 압력강하는 Chamfered rib $10^{\circ}$ 모델이 가장 낮았으며, 성능계수 측면에서도 Chamfered rib $10^{\circ}$ 모델이 가장 높은 것으로 나타났다.