• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제53권6호
• /
• pp.818-823
• /
• 2015

본 연구에서는 전산유체역학(CFD)을 이용하여 마이크로채널 내부의 Fischer-Tropsch(FT) 반응을 모사하였고, 나아가 반응채널의 너비와 높이, 냉각채널과의 거리 그리고 채널 사이 간격을 변수로 두고 채널 내부 온도에 대해 민감도 분석을 수행하였다. 마이크로채널 반응기는 채널 간의 열교환을 고려하기 위한 5개의 반응채널과 냉각채널을 대신한 냉각면으로 이루어져 있으며 채널의 높이와 너비를 포함한 변수들의 길이는 0.5 mm ~ 5.0 mm 범위에서 설정하였다. 반응물로는 $H_2$와 CO의 혼합기체($H_2/CO$ molar ratio=2)를 사용하였으며 반응기의 운전 조건은 $GHSV=10000h^{-1}$, 압력 20 bar와 온도 483 K($210^{\circ}C$)이다. 민감도 분석의 결과로 반응채널 내부의 최대 온도는 채널의 높이에 비례하며 너비에 대해서는 특정 길이 이상에서 영향을 받지 않는 것을 확인하였으며 이 중에 냉각채널과의 거리와 채널 사이 간격은 채널 내부 온도에 거의 영향을 미치지 않았다. 따라서 채널 레이아웃에서 반응채널의 높이는 짧을수록(약 2 mm 이하), 너비는 길수록(약 4 mm 이상) 열제거뿐만 아니라 생산량 측면에서 이득을 얻을 수 있었다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제56권3호
• /
• pp.793-802
• /
• 2024

In the framework of the European project SAMOSAFER, this numerical study focuses on some thermal aspects of the Emergency Draining Tank (EDT) located underneath the core of a Molten Salt Reactor. In case of an emergency, this tank passively receives the liquid fuel salt and is designed to ensure a subcritical state. An important requirement is that the fuel does not overheat to maintain the EDT Hastelloy container integrity. The present EDT is based upon a group of hexagonal cooling assemblies arranged in a hexagonal grid and cooled down thanks to conduction through the inert salt layer up to an air flow in charge of removing the heat. This numerical thermal study relies on a conjugated heat transfer analysis coupling a Finite Element solid thermal code (SYRTHES) and two instances of a Finite Volume CFD codes (Code_Saturne). Calculations on an initial design suggest that a simple center airpipe flow is likely to not sufficiently cool the device. Alternative solutions have been evaluated. Introduction of fins to enhance the heat transfer do not bring a noticeable improvement regarding maximum temperature reached. However, a solution in which the central pipe air flow is replaced by several cooling channels located closer to the fuel is investigated and suggests a better cooling.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제38권4호
• /
• pp.395-402
• /
• 2010

배플 분사기는 연소실 안으로 돌출되어 횡 방향 모드로 발생하는 고주파 연소불안정을 억제하는 배플을 형성한다. 고온의 연소가스에 노출되기 때문에 배플 분사기는 케로신 유로를 통해 자체 냉각이 가능하도록 설계한다. 20개의 나선형 냉각 채널을 갖는 배플 분사기가 개발되어 30톤급 연소기에 성공적으로 적용되어 왔으며, 별도의 외부 냉각을 필요로 하는 내열재 배플이 갖던 성능 감소 문제를 해결하였다. 본 연구는 케로신 냉각유로의 설계를 개선함으로서, 냉각 성능을 만족하는 범위 내에서 제작성을 향상시켜 연소기 대형화로 인해 증가하는 배플 분사기의 제작 비용을 절감하는 데 목적을 두었다. 이를 위해 배플 분사기에 대한 복합열전달 해석을 수행하였으며, 설계 수정된 배플 분사기는 75톤급 실물형 연소기에 적용하기 전에 축소형 연소기의 연소시험을 통해 열 내구성을 검증하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제52권8호
• /
• pp.1611-1625
• /
• 2020

We propose a scaled-down experimental model of vertical air-natural convection channels by applying the modified Ishii-Kataoka scaling method with the assistance of numerical analyses to the Reactor Vault Cooling System (RVCS) of the Proto-type Gen-IV Sodium-cooled fast reactor (PGSFR) being developed in Korea. Two major non-dimensional numbers (modified Richardson and Friction number) from the momentum equation and Stanton number from the energy balance equation were identified to design the scaled-down experimental model to assimilate thermal-hydraulic behaviors of the natural convective air-cooling channel of RVCS. The ratios of the design parameters in the PGSFR RVCS between the prototype and the scaled-down model were determined by setting Richardson and Stanton number to be unity. The friction number which cannot be determined by the Ishii-Kataoka method was estimated by numerical analyses using the MARS-KS system code. The numerical analyses showed that the friction number with the form loss coefficient of 2.0 in the scale-down model would result in an acceptable prediction of the thermal-hydraulic behavior in RVCS. We also performed experimental benchmarking using the scaled-down model with the MARS-KS simulations to verify the appropriateness of the scale-down model, which demonstrated that the temperature rises and the average air flow velocity measured in the scale-down model.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제34권10호
• /
• pp.885-891
• /
• 2010

고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 열관리는 성능 향상과 내구성 측면에서 중요한 문제이다. 일반적으로 냉각수 순환 유로를 가진 냉각판이 여러 개의 단전지 사이에 삽입되어 PEMFC 내부에서 발생하는 반응열을 외부로 배출한다. 본 연구에서는 개선된 병렬 사형유로(MPSFF)를 향상된 냉각성능을 가진 냉각판 유로형상으로 제안하고, 이를 전산유체역학(CFD) 해석을 통하여 평가하였다. 비교를 위하여 냉각수 유로로 일반적으로 사용되는 사형유로 및 병렬형유로의 냉각성능에 대한 계산도 수행하였다. CFD 결과는 개선된 병렬 사형유로가 냉각판 표면에서의 온도의 비균일도를 상당히 감소시키고, 따라서 PEMFC의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있음을 보여주었다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제41권10호
• /
• pp.693-698
• /
• 2017

원통형 리튬이온 배터리를 이용한 배터리 팩의 냉각을 위한 해석을 수행하였다. 파우치형에 비해서 원통형 셀을 이용한 배터리 팩은 저렴하면서 신뢰도가 우수한 것으로 알려져 있다. 단지 부피가 파우치 타입에 비해서 크고 디자인적으로 제약이 있다라는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 18650 배터리를 이용한 배터리팩의 냉각성능을 해석을 통하여 예측하였다. 배터리팩의 온도 안정성은 자동차용 배터리 팩에서 가장 중요한 부분이기 때문이다. 해석을 수행하기 전에 발열 시험을 수행하였으며 열화상 카메라를 이용하여 온도를 측정하고 해석을 통해서 이에 해당하는 발열량 값을 예측하였다. 이를 바탕으로 배터리 팩의 자연대류와 강제대류 해석을 진행하였으며 각각의 냉각 성능을 비교하였다. 배터리 셀을 직접 냉각하는 직접냉각 방식, 배터리 케이스 상하면을 냉각하는 방식, 배터리 케이스 상하면에 공기 통로를 설치하는 세 가지 방식에 대해서 냉각 성능을 비교하였고, 공기채널 방식이 안정성과 냉각성능 면에서 우수함을 해석을 통하여 입증하였다.

• 한국군사과학기술학회지
• /
• 제27권1호
• /
• pp.43-50
• /
• 2024

Large planar military antenna boasts a range of electrical components, including TRA(Transmit-Receive Assembly), signal processors, etc. which engage in computations and calculations. These processes generate a significant amount of heat, leading to unforeseen consequences for the equipment. To mitigate these adverse effects, it's imperative to implement a cooling system that can effectively reduce heat-related issues. Given the antenna's intricate nature and the multitude of components it houses, a two-step estimation process is necessary. The first step involves a comprehensive model calculation to determine the total flow characteristics, while the second step entails a thermal analysis of individual TRA set. In this study, we depicted an antenna set using simplified 3D models of its components, considering their material and thermal properties. The sequential analysis process facilitated the calculation of branched flow rates, providing insights into the individual TRA. This approach also allowed us to design a cooling system for the TRA set, assessing its thermal stability in high-temperature environments. To ensure the optimal performance of TRA, breaking down the analysis into stages based on the cooling system's structure can assist operators in predicting numerical results more effectively.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제39권10호
• /
• pp.773-778
• /
• 2015

가스터빈 냉각 장치인 블레이드 등과 같은 산업 설계를 개선하기 위해 사각 수축 및 확대채널에서 축방향의 거리에 따라 국부 난류 열전달과 압력강하에 대해 실험적으로 조사하였다. 수축 및 확대채널의 한 면에만 리브($10mm{\times}100mm{\times}5mm(t)$)를 연속적으로 배치하였고 충돌 각은 $90^{\circ}$로 피치(p)/높이(e)의 비는 10이 되도록 하였다. 수축채널의 수력직경비($D_{ho}/D_{hi}$)는 0.75, 확대채널의 수력직경비는 1.33 그리고 직선채널은 1.00이다. 열성능 비교를 위해 3가지 보편적인 제약 조건을 채택 하였다. 즉 동일 유량, 동일 펌프 동력 그리고 동일한 압력 강하이다. 3가지 조건모두 확대 채널에서 우수한 열 성능을 보였다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제55권7호
• /
• pp.2621-2627
• /
• 2023

In Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) experiments, to achieve long pulse and high-power ICRH system operation, a new kind of ICRH antenna has been designed. One of the most critical factors in limiting the operation of long pulse and high power is the intense heat load in the front face of the ICRH antenna, especially the Faraday Screen (FS). Therefore, the cooling channels of FS need to be designed. According to thermal-hydraulic analysis, the FS tubes are divided into several groups to achieve more excellent water cooling capability. The number of series and parallel tubes in one group is chosen as six. This antenna went into service in the spring of 2021, and it is delightful that the temperature distribution of the FS tube is below 400 ℃ in 14.5 s and 1.8 MW ICRH system operation. However, the active water-cooling design was not carried out on the upper and lower plates of FS, which led to severe ablations on that region under long pulse and high power operation, and the temperature is up to 800. Therefore, the upper and lower side plates of the FS were designed with water cooling based on thermal-hydraulic analysis. During the 2022 winter experiments, the temperature of ICRH antenna FS was lower than 400 in the pulse of 200s and the power of 1 MW operation.

• 한국추진공학회지
• /
• 제22권2호
• /
• pp.87-95
• /
• 2018

냉각채널에서의 압력 손실을 수치적으로 연구하기 위하여 채널의 축 방향에 대한 각도, 채널 내부의 유체의 유속, 채널의 직경을 변화시키며 수치해석을 진행하였다. 채널의 축 방향에 대한 각도 변화에 따라서 압력 손실은 큰 변화가 없었다. 하지만 일반적으로 알려진 대로 채널의 직경이 커지면 압력손실이 감소하고, 유체의 유속이 느려지면 압력손실이 감소하는 경향은 두드러지게 나타났다. 이러한 결과는 무차원화 하여 정량화하였고, 기존 채널내부의 압력손실에 대한 경험식과 비교하여 기존 경험식의 타당성을 확인하였다. 본 연구에서 획득한 정보는 향후 냉각채널을 설계할 때 압력손실을 고려함에 있어 도움이 될 것으로 판단된다.