• 대한기계학회논문집B
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• 제40권4호
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• pp.237-243
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• 2016

호기성 수처리 과정의 폭기에 소요되는 에너지의 이용효율을 높이기 위해서는 물질전달 특성뿐만 아니라 소요동력에 대한 연구가 필요하다. 본 논문은 수직 2 상 유동 및 물질전달 특성에 미치는 오리피스 노즐형상과 소요동력의 영향에 대한 실험적 연구를 목적으로 한다. 측정 변수들을 이용하여 유량비, 소요동력, 물질전달 계수 그리고 물질전달 효율을 산출하였다. 소요동력이 커지면 물질전달 계수는 증가하는 반면에 유량비와 물질전달 효율은 감소하였다. 무차원 면적비가 작은 오리피스 노즐의 유량비, 물질전달 계수 및 효율이 높게 나타났다. 물질전달 특성에 미치는 유량비, 소요동력 그리고 프라우드 수의 영향을 평가하기 위한 실험식을 제시하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권10호
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• pp.817-824
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• 2015

본 논문은 수직 오리피스 노즐의 유동 및 물질전달 특성에 대한 실험적 연구를 목적으로 한다. 구동유체 및 부유체의 유량, 용존산소 농도 그리고 소비 전력을 측정하였으며, 고속 카메라를 이용한 직접 촬영 기법으로 수직 혼합유동의 가시화 이미지를 획득하였다. 측정자료를 이용하여 질량비, 총괄 산소전달 계수 그리고 물질전달 성능계수를 도출하였다. 구동압력이 증가하면 질량비는 약간 감소하는 반면에, 산소전달 계수와 소비전력은 증가하였다. 구동압력이 증가하고 질량비가 작아지면, 기포의 미세화가 촉진되고 확산도가 증대되기 때문에 산소 전달율이 증가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권5호
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• pp.503-511
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• 2013

연료전지 시스템에서 공급기체 가습은 연료전지 성능효율과 전해질막 수명 향상 측면에서 중요하다. 판형 막 가습기는 일반적으로 유동 방향에 따라 직교류와 대향류로 구분되고 판과 막 사이에서 고온 다습한 공기와 저온 건조한 공기의 열 및 물질전달이 이루어진다. 본 연구에서는 현열 및 잠열 ${\varepsilon}$-NTU 법을 이용하여 입구 온도와 유량 변화에 따른 열 및 물질전달 성능 변화를 유동 방향에 따라 비교하였다. 이를 통하여 저유량 일 때 대향류는 직교류 보다 열 및 물질전달 성능이 높은 것을 알 수 있었고 유량이 증가함에 따라 성능 차이가 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 입구온도가 증가함에 따라 열전달 성능 변화는 작은 반면 물질전달 성능 변화는 비선형으로 크게 감소되는 결과를 얻었다.

• 에너지공학
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• 제14권3호
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• pp.194-202
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• 2005

본 연구는 다양한 수직 액막형 흡수기에서 열 및 물질전달 과정에 따른 흡수 특성 예측을 이론 및 실험적으로 수행하였다. 열 및 물질전달 향상은 해석적으로 조사되었으며, 흡수 성능에 대한 유동 형태, 삽입기구 및 주름에 의한 형상 변수의 영향 등을 조사하였다. 특히, 최대 흡수 성능에 대한 동적 변수(수용액 유량, 유동형태)와 흡수기 형상(ID=22.8mm, L=1150m)의 최적값을 수치 해석적으로 예측하였다 수치 해석 및 실험에서 최대 흡수 성능은 삽입기구(스프링)에 의한 파동 유동에서 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권3호
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• pp.451-464
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• 2008

삼상 역 유동층은 유동하거나 부유하는 입자의 크기가 매우 작은 경우나 유동입자의 밀도가 액체보다 작은 담체나 접촉매체 또는 촉매전달물질인 경우에 생물반응기, 발효공정, 폐수처리공정, 흡착, 흡수공정 등에 매우 효과적으로 사용될 수 있어서 그 적용성은 날로 증대되고 있다. 그러나, 삼상 역 유동층에 대해서는 많은 연구가 진행되지 않아 왔으며 수력학적 특성에 대한 연구조차도 미흡한 실정이다. 삼상 역 유동층을 이용한 많은 종류의 반응기와 공정들의 운전과 설계 그리고 scale-up을 위해서는 삼상 역 유동층에서 수력학적 특성과 열전달과 물질전달과 같은 이동현상에 대한 정보는 필수적이라는 것은 자명한 사실이다. 따라서, 본 총설에서는 삼상 역 유동층에 대한 정보들을 공학적 측면에서 요약하고 재정리하여서 이 분야의 현장에서 필요한 지식들을 제안하고자 하였다. 본 논문은 수력학적 특성, 열전달 특성 그리고 물질전달 특성의 세 부분으로 이루어져있다. 즉, 수력학적 특성 부분에서는 운전변수가 상 체류량, 기포의 특성 그리고 유동입자의 분산에 미치는 영향을 검토하였으며, 열전달 특성 부분에서는 삼상 역 유동층에서의 운전변수가 열전달 계수에 미치는 영향을 고찰하였고, 열전달 모델에 대한 정리를 하였으며, 물질전달 특성 부분에서는 운전변수가 연속액상의 축방향 분산계수 및 액상 부피물질전달계수에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 또한, 각 절에서 유동입자의 최소유동화속도, 상 체류량, 기포특성, 유동입자의 요동빈도수 및 유동입자의 분산 등과 같은 수력학적 특성과 열전달 계수 그리고 연속액상의 축방향 확산계수와 물질전달계수 등을 예측할 수 있는 상관식들을 제안하였다. 본 총설의 마지막 절에서는 삼상 역 유동층의 공업적 응용을 위해 앞으로 더 연구해야하는 내용에 대해 제안을 하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1999년도 제13회 학술강연논문집
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• pp.30-30
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• 1999

추진기관의 연소실과 같이 큰 열부하를 받는 경우 막냉각은 연소실을 보호하기 위해서 사용되는 대표적인 냉각기법이다. 막냉각의 성능을 극대화하기 위해서는 냉각유체를 2차원 슬롯을 통해서 분사시키는 것이 가장 효율적이지만 여러 가지 이유 때문에 실제 적용에 있어서는 슬롯입구 부근에 작은 구멍을 만들어 이로부터 분사되는 유체를 통해서 냉각시키게 된다. 본 연구에서는 주어진 덕트에서 분사율, 분사방법, 슬롯의 형상에 따른 슬롯 출구에서의 유동장 및 온도장 측정과 함께 물질전달 방법을 이용하여 슬롯 립(slot lip) 내벽에서 자세한 국소 열/물질전달계수를 구하였다. 분사율 0.5와 1.0에 대해서 주유동과 같은 방향으로 분사시켜줄 경우와, 유동을 제한시켜 주고 이차유동의 방향을 각각 주유동과 같은 방향과 반대방향으로 분사시키는 방법에 대하여 실험하였으며, 슬롯 입구에 경사슬롯을 설치하여 냉각유체를 분사시키는 방법에 대해서 실험하였다.

• 기계저널
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• 제25권5호
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• pp.413-418
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• 1985

직접 접촉식 교환장치(이하 직접 교환기라 함)에서 액체의 유통형태의 선택은 매우 다양하며 전달계수 역시 개별적인 상황이나 충전물의 종류에 따라서 달라지므로 일률적으로 제시되지 못 하고 있다. 많은 경우 실험을 통하여 열전달 또는 물질전달계수를 측정하게 되나 개수로, 자유 낙하액체막, 액체분류와 같이 이상화가 가능한 경우, 이러한 전달계수를 구하기 위하여 이론적 또는 반실험적인 해석을 수행하기도 한다. 수많은 관련 연구결과들은 층류유동에 관한 것과 난류유동의 경우로 구분되고(예상되듯이 대부분의 직접교환기의 유통영역은 난류쪽이다), 난류 유통의 해석은 다시 표면갱신이론(surface renewal model), 와류확산계수모델(eddy diffusivity model-macroscopic), 미분형와류모델(differential eddy diffusivity model)로 대별된다. 여기서는 수많은 교환기형태의 자료정리보다 상기와 같이 대별된 액체측 유동영역별로 전달현상해석의 방법을 간단히 정리하고자 한다.

• 대한기계학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.2132-2146
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• 1991

본 연구에서는 기존 유속계에 의한 측정이 어려운 점을 감안하여 나프탈렌 승 화법을 이용하여 열교환기 시스템의 한 모델인 원봉에 유한한 길이의 환상핀이 부착된 경우 환상핀과 원봉이 만나는 부분에서 와류들 특히 V2, V3등 구석와류가 물질전달을 증가시키는 구조에 대해 고찰한다. 이는 원봉 주위의 환상핀에 의한 대류 물질전달 에 영향을 줄수 있는 레이놀즈수, 환상핀의 크기에 따른 형상비, 그리고 경계층 두께, 배제 두께 등의 유동변수를 변화시켜 가며 물질전달률과의 관계를 규명하여 열교환기 설계의 기본자료를 제공한다. 또한 환상핀 사이의 원봉표면에 대한 전체물질전달률 을 측정하며, 환상핀에 인접한 곳에서 구석와류에 대한 환상핀의 끝 벽면 영향을 알아 보고 이를 근거로 하여 말굽와류의 3차원 박리 유동구조를 정성적으로 규명하고자 한 다.

• 기계저널
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• 제34권9호
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• pp.688-697
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• 1994

유체유동이나 열전달 그리고 물질전달 (물질의 혼합 및 확산) 또는 이들 현상이 복합적으로 나 타나는 각종 기계의 설계와 성능 해석을 하기 위해서는 그 현상을 지배하는 편미분 방정식들의 해를 수치적으로 구해야 한다. 유동 상태가 충류 유동인 경우는 지배 방정식의 수가 알고자 하는 미지변수 즉 속도, 압력, 온도, 농도 등의 개수와 같고 또한 이들 변수들의 변동이 그리 심하지 않기 때문에 적절한 수치 해법을 사용하면 그 해를 구할 수 있다. 그러나 난류유동의 경우에는 변수들이 시간상으로 또한 공간적으로 대단히 심하게 변동(fluctuation)하기 때문에 공 학적으로 우리가 원하는 정보들, 즉, 표면 마찰저항이나 양력, 얼전달 계수, 물질 확산계수 등을 현재 수준의 전자계산기로 계산하는 데는 계산시간이 엄청나게 소요될 뿐만 아니라 변수 저장 메모리도 과도하게 차지하기 때문에 실제적인 계산 방법이 되지 못하고 있다. 이러한 이유로 변수들의 순간 변화 상태를 나타내는 지배 방정식들을 해석하는 대신에 이들 지배 방정식의 시 간평균을 취하여 유도한 난류 방정식들을 사용하게 된다. 그러나 이 시간 평균 과정에서 파생 되는 또 다른 미지의 난류 변수들 때문에 난류 지배 방정식에 있어서는 그 지배 방정식의 개수 보다 미지 변수의 개수가 많아져서 난류 지배 방정식을 풀기 위해서는 시간평균 과정에서 나타난 난류 변수들을 원래 있던 미지 변수들의 함수나 방정식의 형태로 가정할 필요가 있게 되는데 이 가정되는 함수 관계들을 난류 계산 모형이라고 한다. 난류 계산 모형은 물리적인 통찰과 직관에 의해서 실용적인 형태로 가정되기도 하지만 최근에는 논리적으로 엄격한 모형 원칙에 따른 수 학적인 방법으로 유도되고 있는데 이 글에서는 일반 독자들이 쉽게 이해할 수 있도록 마하수가 낮은 2차원 비압축성 난류 유동을 예로 들어 x-y 직교 좌표계에서 표현되는 난류 계산 모형들을 소개하고 앞으로듸 발전 방향을 개관하며 현재의 응용 사례들을 예로 들어 모형의 성능을 비교 하여 보기로 한다.

• 기계저널
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• 제26권1호
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• pp.31-35
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• 1986

물질전달이 포함되는 교환기의 설계목표도 단순열교환기의 경우와 마찬가지로 여러 가지 주어진 제약조건(constraints; 예를들면 교환기의 제원이나 유체유동에 필요한 압력부하등)을 만족시키 면서 전달능력의 단위(number of transfer units, 이하 $N_{tu}$ 로 약함)를 최대로 해 주는데 있다. 그러나 교환장치들의 유형이나 형상에 따라 이같은 동일 목적을 위한 과정은 각양각색 이다. 본장에서는 직접 접촉식 교환기의 많은 종류중 물의 직접증발을 이용한 단열가습장치와 고체건조제 단열제습장치등 두가지의 해석과정을 예시하려고 한다.