• 대한기계학회논문집B
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• 제27권4호
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• pp.496-503
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• 2003

An experimental study has been performed on thermal transport from an aluminum foam heat sink under a confined impinging air jet. Three kinds of aluminum foam heat sinks with 10, 20 and 40 PPI and a conventional pin-fin heat sink are tested in the present study. The jet Reynolds number is varied in the range of Re=667～5672 The effect of the confinement disk diameter and the distance between the confinement disk and the heater surface on the averaged Nusselt number is investigated in detail. The results are also compared with those of the unconfined impinging air jet. The critical distance, at which thermal performance shows a minimum compared to the unconfined jet impinging, will be described in terms of the Reynolds number and the pore density of the aluminum foam.

• 전자공학회논문지 IE
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• 제48권2호
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• pp.12-18
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• 2011

본 논문은 조명용 LED 모듈과 히트싱크 장치의 방열 특성을 확인하기 위한 수치 시뮬레이션을 하였다. 해석 케이스는 200 W급의 가로등 또는 보안등용 조명장치이며 용도에 따라 장치의 자세가 달라짐을 고려하여 발광면이 정상부를 향하는 경우와 정하부를 향하는 경우로 나누어서 해석이 진행되었고, 또한 발열소자의 체적이 큰 경우와 작은 경우로 나누어 해석하였다. 해석 결과 현재의 히트싱크 형상으로 충분히 LED의 발열량을 외부로 배출시킬 수 있음을 확인하였고, 장치의 자세와 발열소자의 크기에 따라 방열 성능의 차이가 나타남을 조사하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권8호
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• pp.2477-2487
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• 2021

To improve safety analysis technology for a nuclear reactor containment considering an interaction between a reactor coolant system (RCS) and containment, this study aims at an experimental investigation on the integrated simulation of the RCS and containment, with an integral effect test facility, ATLAS-CUBE. For a realistic simulation of a pressure and temperature (P/T) transient, the containment simulation vessel was designed to preserve a volumetric scale equivalently to the RCS volume scale of ATLAS. Three test cases for a steam line break (SLB) transient were conducted with variation of the initial condition of the passive heat sink or the steam flow direction. The test results indicated a stratified behavior of the steam-gas mixture in the containment following a high-temperature steam injection in prior to the spray injection. The test case with a reduced heat transfer on the passive heat sink showed a faster increase of the P/T inside the containment. The effect of the steam flow direction was also investigated with respect to a multi-dimensional distribution of the local heat transfer on the passive heat sink. The integral effect test data obtained in this study will contribute to validating the evaluation methodology for mass and energy (M/E) and P/T transient of the containment.

• Journal of Power Electronics
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• 제13권6호
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• pp.1080-1089
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• 2013

In this paper, the superposition principle of a heat sink temperature rise is verified based on the mathematical model of a plate-fin heat sink with two mounted heat sources. According to this, the distributed coupling thermal impedance matrix for a heat sink with multiple devices is present, and the equations for calculating the device transient junction temperatures are given. Then methods to extract the heat sink thermal impedance matrix and to measure the Epoxy Molding Compound (EMC) surface temperature of the power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) instead of the junction temperature or device case temperature are proposed. The new thermal impedance model for the power converters in Switched Reluctance Motor (SRM) drivers is implemented in MATLAB/Simulink. The obtained simulation results are validated with experimental results. Compared with the Finite Element Method (FEM) thermal model and the traditional thermal impedance model, the proposed thermal model can provide a high simulation speed with a high accuracy. Finally, the temperature rise distributions of a power converter with two control strategies, the maximum junction temperature rise, the transient temperature rise characteristics, and the thermal coupling effect are discussed.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권8호
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• pp.4749-4755
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• 2014

본 연구는 고용량 인버터 등의 열 발생 환경에서 히트싱크의 방열성능을 극대화하기 위한 파라미터 연구의 일환으로 히트싱크 베이스 두께 변화에 대한 방열성능 변화를 조사하였다. 베이스 두께가 각각 5, 9.5 및 14 mm인 히트싱크의 방열성능을 히트싱크 베이스의 윗면 중앙 온도, 히트싱크를 통한 방열량 및 열원부의 온도 등의 세 가지 지표의 비교를 통하여 고찰하였다. 실험연구와 전산유체역학 프로그램을 이용한 해석연구를 병행하여 베이스 두께 변화에 따른 각 방열 성능 지표에 변화가 있음을 확인하였다. 베이스의 윗면 중앙 온도와 방열율은 베이스의 두께가 얇을수록 향상되는 효과를 보였고, 베이스 열원부의 온도는 베이스의 두께가 두꺼울수록 낮아지는 경향을 보였다. 성능 지표의 비교 고찰을 통해 연구에 사용된 세 히트싱크 내에서는 베이스의 두께가 9.5 mm인 히트싱크에서 최적점이 나타났다. 따라서 제한적이지만 본 연구결과 내에서는 9.5 mm 두께의 베이스를 가지는 히트싱크가 최적의 방열 성능을 보이는 것으로 판단되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권5호
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• pp.467-472
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• 2011

본 연구는 LED 조명기구와 같은 원형 모양에 적합한 원형 히트싱크의 주위의 열유동을 실험 및 해석적으로 분석하였다. 기존 복사 열전달을 고려하지 않은 상관식을 이용하여, 추가적으로 복사 열전달을 해석적으로 계산하였다. 본 해석 모델의 타당성을 실험적으로 확인하였다. 이 모델을 바탕으로 휜의 형상 및 열유속을 인자로 하여 히트싱크 평균 온도의 변화를 살펴보았다. 그 결과 열전달 성능을 최대로 할 수 있는 최적 휜의 길이가 존재하였고, 방사율이 클수록 형상 인자의 변화가 복사 열전달 변화에 미치는 영향이 상대적으로 감소하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권4호
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• pp.432-436
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• 2015

본 연구에서는 해수를 활용하여 수동적으로 냉각되는 폴리머 히트싱크의 열성능을 전산적으로 탐구한다. 폴리머 히트싱크는 폐열회수를 위한 열전생성기의 저온면의 냉각모듈로 제안되었고, 상세한 수치연구를 위해 3차원 전산유체역학 모델링이 수행되었다. 폴리머 히트싱크의 기본 소재로 polyphenylene sulfide (PPS)와 pyrolytic graphite (PG)가 선택되었고, 전산연구는 다양한 휜 수와 휜 두께에서 PPS와 PG 히트싱크의 성능을 결정하고, 이 결과는 알루미늄 (Al)과 티타늄 (Ti) 히트싱크와 비교된다. 연구결과는 PG 히트싱크가 Ti 히트싱크 보다 3~4배 열성능이 우수함을 보이는데, 이 결과는 Ti 히트싱크보다 더 우수한 PG 히트싱크의 열확산에 기인한 것으로 보인다. 연구결과에 의하면 PG 히트싱크의 열성능에 대한 휜 수 증가의 효과가 PPS와 Ti 히트싱크 경우와는 상반됨을 보이는데, 이는 휜 수 증가에 대한 열확산, 표면적 증대, 유동저항의 상관관계로 설명이 가능하다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권2호
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• pp.179-184
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• 2010

스트레이트 휜 히트 싱크가 장착된 공간에 팁 클리어런스(tip clearance)와 바이패스 유동이 열성능에 미치는 영향을 실험적으로 규명하고자 한다. 수평 및 수직 방향으로의 바이패스 유동에 의한 열성능 평가는 열식 질량 유량계(MFC)와 소형 풍동으로 이루어진다. 팁 클리어런스와 바이패스 유동에 의한 히트 싱크의 열성능은 열저항을 통하여 평가한다. 실험 결과, 스트레이트 휜 히트 싱크의 열저항은 팁 클리어런스가 증가함에 따라 점진적으로 증가하며, 유동 가이드 장치는 바이패스 유동을 감소하는 역할을 한다. 본 연구에서는 동일 유량 조건에서 히트 싱크의 입구에서 유동 가이드 장치까지의 거리에 따라 스트레이트 휜 히트 싱크의 최적값이 존재함을 확인하였다. 히트 싱크로 유입되는 유량이 증가함에 따라 유동 가이드 장치에 의한 열성능 개선 정도는 증가한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.415-421
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• 2021

본 연구는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈의 히트 싱크의 유로의 형상으로써 직선 유로, 한 번 꺾인 형태의 유로, 두 번 꺾인 형태의 유로를 적용하여, 유로의 형상에 따른 방열 성능을 분석하였다. 각 유로 형상에서 운전 조건에 대한 영향 또한 분석하기 위하여 냉각수의 유량과 공급 온도를 추가적으로 제어하며 분석을 진행하였다. 본 연구는 유동 해석을 통하여 이루어 졌으며, 상용 소프트웨어인 ANSYS Fluent를 사용하였다. 직선 유로보다 꺾인 형태를 갖는 유로의 방열량이 같은 운전 조건에서 최대 8.0 % 수준 개선되었으며, 개선 정도는 냉각수의 공급 온도와는 무관하였고, 냉각수의 유량이 많아질수록 개선 정도가 2.0 %에서 8.0 %까지 증가하였다. 그러나 두 번 꺾인 유로는 한 번 꺾인 유로와 비슷한 수준의 방열 성능을 보였고, 기생 손실에 영향을 주는 압력 강하량은 2.48~2.55배 수준으로 증가하는 결과를 보여, 방열 효율이 낮아지는 것을 확인 하였다. 이를 단위 압력 강하량 당 방열량으로 계산하여 비교하였으며, 직선 유로를 갖는 히트 싱크에서 그 값이 가장 높은 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권5호
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• pp.339-345
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• 2016

본 연구에서는 천공과 유동 가이드를 활용한 방사형 히트싱크의 자연대류 열전달 향상에 관해 수치적으로 탐구하였다. 천공과 침니 기반의 유동 가이드를 활용한 개선된 형상의 방사형 히트싱크의 성능을 평가하고, 기존의 방사형 히트싱크와 열 성능을 비교하였다. 연구 결과, 천공형 히트싱크는 연구범위 내에서 천공의 개수와 직경이 클수록 열 성능이 좋아짐을 알 수 있었다. 침니 기반의 유동 가이드를 활용한 히트싱크에 대해서는, 핀의 개수, 침니와 바닥면 사이의 거리의 영향을 분석하였다. 그 결과 핀의 개수와 침니와 바닥면 사이의 거리에 최적화된 값이 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 히트싱크의 방향이 상 방향($0^{\circ}$)에서 최고의 열 성능을, 측 방향($90^{\circ}$)일 때 최악의 열 성능이 나타나는 것을 알 수 있었다. 천공형 히트싱크와 최적의 구조를 갖는 유동 가이드를 갖는 히트싱크는 기존의 방사형 히트싱크와 비교하였을 때, 각각 최대 17%, 20% 개선된 열 성능을 가짐을 알 수 있었다. 본 논문은 공학과 관련한 획기적인 아이디어를 제시함으로써 창업기술개발, 벤처 및 기업가정신 함양에도 중요한 의미를 지닐 수 있다.