• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.8-14
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• 2017

최근 들어 국민 식생활 문화가 개선되고 생활수준이 향상됨에 따라 소프트 아이스크림, 슬러시와 같은 일회용 냉동 유제품의 소비가 급증하고 있다. 이들 냉동 유제품은 소형 냉동 시스템에서 만들어진다. 소프트 아이스크림 제조기의 경우 냉각기는 동심 원통으로 구성되며 냉매는 환형부에서 증발하고 냉각기 표면에 형성된 얼음 결정이 내측에서 회전하는 스크레이퍼에 의해 빙삭되어 아이스크림이 만들어진다. 본 연구에서는 냉각기 체적 2.8 리터인 R-404A를 사용하는 소프트 아이스크림 제조기에 대하여 최적화와 성능평가를 수행하였다. 최적화는 냉각기 스크레이퍼 회전수 및 냉매 유로 개선에 주안점을 두고 실제 아이스크림 제조기에서 요소 부위의 온도와 압력 그리고 소비동력을 측정함으로써 수행되었다. 실험 결과 최적 회전수는 124 rpm으로 나타났다. 이 회전수에서 아이스크림 제조 시간은 6분 2초이고 이 때 성적계수는 0.90이었다. 또한 물-공기를 사용한 가시화 실험을 통하여 냉매측 유로 개선을 시도하였다. 유로가 개선된 제품은 아이스크림 제조 시간을 현저히 감소시켰다. 본 연구 결과는 냉동식품 제조기를 비롯한 여타 냉동 사이클의 최적화에도 활용될 수 있을 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제26권9호
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• pp.1249-1259
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• 2002

The present study investigates the convective heat/mass transfer inside a cooling passage of rotating gas-turbine blades. The rotating duct has various configurations made of ribs with 70。 attack angle, which are attached on leading and trailing surfaces. A naphthalene sublimation technique is employed to determine detailed local heat transfer coefficients using the heat and mass transfer analogy. The present experiments employ two-surface heating conditions in the rotating duct because the surfaces, exposed to hot gas stream, are pressure and suction side surfaces in the middle passages of an actual gas-turbine blade. In the stationary conditions, the parallel rib arrangement presents higher heat/mass transfer characteristics in the first pass, however, these characteristics disappear in the second pass due to the turning effects. In the rotating conditions, the cross rib present less heat/mass transfer discrepancy between the leading and the trailing surfaces in the first pass. In the second pass, the heat/mass transfer characteristics are much more complex due to the combined effects of the angled ribs, the sharp fuming and the rotation.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권7호
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• pp.703-714
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• 2010

본 연구에서는 크리깅 기법을 이용하여 엇갈린 핀휜이 부착된 회전하는 내부냉각유로의 형상 최적화를 수행하였다. 냉각유로 형상의 여러 매개변수 중 핀의 지름과 높이의 비, 핀의 지름과 핀과 핀 사이의 거리의 비를 최적설계를 위한 설계변수로 선택하였다. 열전달 관련 목적함수와 마찰손실 관련 목적함수를 가중계수를 이용하여 선형적으로 결합한 목적함수를 정의하였다. 크리깅 모델을 구축하기 위해 라틴하이퍼큐브 샘플링기법에 의해 생성된 20개 실험점에서 목적함수가 SST난류모델을 사용한 삼차원 레이놀즈평균 나비어-스톡스(RANS) 유동해석법에 의해 계산되었다. 크리깅 기법을 통하여 예측된 목적함수값은 RANS해석을 이용해 계산된 값과 매우 작은 오차 범위 내에서 일치하였으며, 최적설계를 통해 목적함수가 11% 감소하는 결과를 얻었다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.66-76
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• 2011

The heat transfer and pressure loss characteristics of a rotating two-pass channel with a guide vane in the turning region have been studied using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) analysis, and the shape of the guide vane has been optimized using surrogate modeling optimization technique. For the optimization, thickness, location and angle of the guide vanes have been selected as design variables. The objective function has been defined as a linear combination of the heat transfer and the friction loss related terms with a weighting factor. Latin hypercube sampling has been applied to determine the design points as design of experiments. A weighted-average surrogate model, PBA has been used as the surrogate model. The guide vane in the turning region does not influence the heat transfer in the first passage upstream of the turning region, but enhances largely the heat transfer in the turning region and the second passage. In an example of the optimization, the objective function has been increased by 13.6%.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집
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• pp.274-277
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• 2012

형상비 변화가 있는 덕트의 난류유동 및 난류열전달에 대한 LES해석이 수행되었다. 다양한 난류통계량이 계산되어졌고 각각 형상에 대한 열전달계수의 특징이 조사되었다. 특히 벽면근처에서 주유동방향의 와류의 영향을 조사하기 위하여 conditional sampling기법이 도입되었다. 와류의 회전방향에 따른 열전달계수의 pdf가 계산되어졌다.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.1621-1632
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• 1993

본 연구에서는 모델 냉각통로 내에 대한 유동장 및 열전달 계수분포를 구하기 위하여 수치적 방법에 의한 접근을 시도하였고 이를 위하여 본 연구실에서 개발한 유한체적법 유동해석 프로그램인 TURBO-3D를 사용하였다. 계산 영역은 터빈날개 내의 냉각유로를 단순화한 ㄹ자 형태의 유로를 설정하였으며 등온상태의 유동에 대하여 해를 구하였다.실제 고온의 터빈날개내에서는 큰 온도구배에 의한 강한 부력효과가 예상되어 이를 무시할 수는 없으나 등온 가정하의 유동장으로부터 Reynolds analogy 에 의한 열전달특성의 유추가 가능하다. 그러므로, 본 연구에서는 특히 회전수의 변화에 따른 Coriolis효과의 변화 및 2차 유동의 구조를 파악하였고 또한 이들에 의한 주 유동장과 압력분포 및 국부 열전달 특성을 파악하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제14권6호
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• pp.76-84
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• 2011

The effect of inlet velocity profile on the heat transfer coefficient in a rotating smooth channel was investigated experimentally. Three simulated inlet flow conditions of fully developed, uniform, and distorted inlet conditions were tested. The Reynolds number based on the channel hydraulic diameter was ranged from 10,000 to 30,000 and the transient liquid crystal technique was used to measure the distribution of the heat transfer coefficient in the rotating channel. Results showed that the overall heat transfer coefficient increased as the Reynolds number increased. Also, the distribution of the heat transfer coefficient was strongly affected by the inlet flow condition. Generally, the fully developed flow simulated condition showed the highest heat transfer coefficient.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제13권5호
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• pp.43-53
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• 2010

This study investigates a design optimization of a rotating two-pass rectangular cooling channel with staggered arrays of pin-fins. The radial basis neural network method is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis of fluid flow and heat transfer with shear stress transport turbulent model. The ratio of the diameter to height of the pin-fins and the ratio of the streamwise spacing between the pin-fins to height of the pin-fin are selected as design variables. The optimization problem has been defined as a minimization of the objective function, which is defined as a linear combination of heat transfer related term and friction loss related term with a weighting factor. Results are presented for streamlines, velocity vector fields, and contours of Nusselt numbers, friction coefficients, and turbulent kinetic energy. These results show how fluid flow in a two-pass square cooling channel evolves a converted secondary flows due to Coriolis force, staggered arrays of pin-fins, and a $180^{\circ}$ turn region. These results describe how the fluid flow affects surface heat transfer. The Coriolis force induces heat transfer discrepancy between leading and trailing surfaces, having higher Nusselt number on the leading surface in the second pass while having lower Nusselt number on the trailing surface. Dean vortices generated in $180^{\circ}$ turn region augment heat transfer in the turning region and in the upstream region of the second pass. As the result of optimization, in comparison with the reference geometry, thermal performance of the optimum geometry shows the improvement by 30.5%. Through the optimization, the diameter of pin-fin increased by 14.9% and the streamwise distance between pin-fins increased by 32.1%. And, the value of objective function decreased by 18.1%.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.32-40
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• 2007

The present study investigated local pressure drop in a rotating smooth square duct with turning region. The duct has a hydraulic diameter $(D_h)$ of 26.7mm and a divider wall of 6.0mm or $0.225D_h$. The distance between the tip of the divider and the outer wall of the duct is $1.0D_h$. The Reynolds number (Re) based on the hydraulic diameter is kept constant at 10,000, and the rotation number (Ro) is varied from 0.0 to 0.20. The pressure coefficient distribution $(C_p)$, the friction factor (f) and the thermal performance $({\eta})$ are presented on the leading, the trailing and the outer surfaces. It is found that the curvature of the $180^{\circ}-turn$ produces Dean vortices that cause the high pressure drop in the turning region. The duct rotation results in the pressure coefficient discrepancy between the leading and trailing surfaces. That is, the high pressure values appear on the trailing surface in the first-pass and on the leading and side surfaces in the second-pass. As the rotation number increases, the pressure discrepancy enlarges. In the fuming region, a pair of the Dean vortices in the stationary case transform into one large asymmetric vortex cell, and then the pressure drop characteristics also change.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.424-426
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• 2008

초소형 가스터빈에 사용되는 소형 고속 구름베어링의 연료윤활 특성을 실험적으로 조사하였다. 윤활유로는 항공용 가스터빈에서 사용되는 MIL-PRF-7808 터빈오일과 항공용 가스터빈의 추진연료로 사용되는 JP-8 연료를 사용하여 운용특성을 비교하였고, 시험용 베어링으로는 내경 17 mm의 깊은 홈(deep groove) ball bearing과 내경 20 mm의 원통형(cylindrical) roller bearing을 사용하였다. 베어링의 연료윤활에 따른 특성을 비교하기 위하여 오일 및 연료를 공급하며 고속베어링 시험을 수행할 수 있는 시험 장치를 개발하여 하중, 냉각공기 온도, 윤활유량 및 회전속도를 변화시키면서 시험을 수행하였다. 30,000 rpm에서 70,000 rpm까지 회전속도를 변화시키면서 시험한 결과 깊은 홈 볼베어링은 축하중과 회전속도가 증가하는 경우 베어링 케이지에 마모가 발생하였으며 마모상태는 오일윤활보다 연료윤활시 마모가 더 많이 발생하였고 본 베어링의 속도한계인 59,000 rpm까지는 연료 윤활로 운용이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 연료윤활의 경우가 오일윤활의 경우보다 베어링 온도가 더 낮은 것을 알 수 있었는데 이는 베어링의 냉각특성이 연료윤활인 경우가 오일윤활의 경우보다 더 좋기 때문이라 판단된다. 본 실험을 통하여 소형 항공용 가스터빈의 주축 베어링 윤활방식으로 연료윤활 방식이 적용 가능함을 확인할 수 있었다.