• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권9호
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• pp.3540-3550
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• 2022

The supercritical carbon dioxide (S-CO₂) Brayton cycle is an important energy conversion technology for the fourth generation of nuclear energy. Since the printed circuit heat exchanger (PCHE) used in the S-CO₂ Brayton cycle has narrow channels, Rayleigh-Bénard (RB) convection is likely to exist in the tiny channels. However, there are very few studies on RB convection in supercritical fluids. Current research on RB convection mainly focuses on conventional fluids such as water and air that meet the Boussinesq assumption. It is necessary to study non-Boussinesq fluids. PRB convection refers to RB convection that is affected by horizontal incoming flow. In this paper, the computational fluid dynamics simulation method is used to study the PRB convection phenomenon of non-Boussinesq fluid-supercritical carbon dioxide. The result shows that the inlet Reynolds number (Re) of the horizontal incoming flow significantly affects the PRB convection. When the inlet Re remains unchanged, with the increase of Rayleigh number (Ra), the steady-state convective pattern of the fluid layer is shown in order: horizontal flow, local traveling wave, traveling wave convection. If Ra remains unchanged, as the inlet Re increases, three convection patterns of traveling wave convection, local traveling wave, and horizontal flow will appear in sequence. To characterize the relationship between traveling wave convection and horizontal incoming flow, this paper proposes the relationship between critical Reynolds number and relative Rayleigh number (r).

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권10호
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• pp.1033-1040
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• 2011

예혼합 버너는 높은 효율과 낮은 배기 때문에 가정용 보일러 버너 시스템에 매우 강력한 버너이다. 일반적으로 가정용 보일러 버너는 내부에 농후한 예혼합 불꽃으로 구성하고 연료는 2차공기의 공급에 의하여 완전연소 되는 분젠 버너를 이용한다. 이것은 상대적으로 긴 불꽃 길이와 높은 과잉공기비에서 작동하기 때문에 높은 효율을 갖는 소형 보일러에 적용하기 어렵다. 이 논문에서 메탈 화이버, 세라믹, SUS 핀과 같은 매질을 사용하는 예혼합 연소 버너의 특징을 실험하였다. 특히, 표면 매질의 비반응 유동 특성은 버너 표면 전체의 유동 속도를 측정하고 조정하였다. 연소 실험은 화염 사진과 화염 온도 측정에 의하여 수행되었다. CO와 NO는 다양한 과잉 공기비와 열량값에 대하여 버너 표면 매질, 연소실, 열교환기의 특성을 측정하고 평가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권8호
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• pp.805-814
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• 2011

알루미늄 플레이트-핀 열교환기는 석유 및 가스 처리공정에서 널리 사용되고 있다. 알루미늄 플레이트-핀 열교환기의 성능은 각 유체의 헤더 및 분배기에서의 분배 성능에 의하여 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 CFD(Computational fluid dynamics)를 이용하여 알루미늄 플레이트-핀 열교환기의 측면 입구 형태의 분배기를 모델링하고, 입구 조건과 형상비의 변화에 따른 상대 및 절대 불균등 분배도를 고찰하여 최적 분배기 형상비를 제시하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권3호
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• pp.1-9
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• 2020

본 논문에서는 델타 윙렛 와류 발생기와 후퇴익형 와류 발생기 그리고 가이드 베인이 핀-튜브 유동에서의 압력 손실과 전열 성능에 미치는 효과를 비교하는 연구를 진행하였다. 와류 발생기와 가이드 베인은 채널 높이와 튜브의 지름을 기준으로 무차원화하였고, 위치는 저자들의 연구 결과에 따라 각각의 형상이 우수한 지점을 선정하였다. 레이놀즈 수는 입구 속도와 튜브 지름을 기준으로 하여 1400~8000으로 선정하였다. 결과적으로 압력 손실은 레이놀즈 수 8000에서 가이드 베인이 기존 핀-튜브 대비 4.7% 감소하는 효과를 보였고, 전열 성능은 레이놀즈 수 3800에서 델타 윙렛 와류 발생기가 기존 핀-튜브 대비 33% 정도 증가하는 결과를 확인하였다.

• Design & Manufacturing
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• 제16권4호
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• pp.67-74
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• 2022

Injection molding is a cyclic process comprising of cooling phase as the largest part of this cycle. Providing efficient cooling in lesser cycle times is of significant importance in the molding industry. Recently, lots of researches have been done for rapid cooling of a hot-spot area using CO2 in injection molding. The CO2 flows under high pressure through small, flexible capillary tubes to the point of use, where it expands to create a snow and gas mixture at a temperature of -79℃. The gaseous CO2 removes heat from the mold and releases it into the atmosphere. In this paper, a CO2 cooling module was applied to an injection mold in order to cool a large area cavity uniformly and quickly, and the cooling performance of the injection mold was investigated. The product was a high-curvature molded part with a molding area of 300x100mm. Heat cartridges were installed in a stationary mold, and CO2 cooling module was inserted inside a movable mold. Through structural analysis, it was confirmed that the maximum deformation of mold with CO2 cooling module was 0.09mm. A CO2 feed system with a heat exchanger was used for cooling experiments. The CO2 was injected into the holes on both sides of the supply pipe of the cooling module and discharged through hexagon blocks to cool the mold. It took 5.8 seconds to cool the mold from an average temperature of 140℃ to 70℃. Through the experiment using CO2 cooling module, it was found that a cooling rate of up to 12.98℃/s and an average of 10.18℃/s could be achieved.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제37권1호
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• pp.83-90
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• 2020

판형 열교환기는 1920년대부터 본격적으로 상업화되었으며, 이후 판형 열교환기의 기본 컨셉은 지금까지도 거의 변화가 없었지만 고온, 고압 그리고 대용량 열교환에 적용되기 위해 설계 및 제작 방법들이 혁신적으로 발전하여 지금에 이르게 되었다. 판형 열교환기의 개발 트렌드는 전열 효율이 좋으면서 압력강하가 낮고 또한 유체 분배가 잘되는 전열판의 개발과 일치한다. 본 연구에서는 이러한 트렌드를 만족시키는 선박용 중속엔진 오일 냉각용 판형 쿨러 개발과 관련된 주요 과정들을 소개하고, 또한 개발된 판형 오일쿨러의 전열성능을 실험적으로 분석하여 이에 대한 결과를 제공하고자 한다. 본 연구에서 판형 쿨러는 구조적 특징으로 인해 직접 판벽 온도를 측정할 수 없어 수정된 Wilson Plot 방법을 응용하여 열전달계수를 구하였다. 오일-물 실험 전에 물-물 실험을 통해 우선 물측의 열전달계수와 압력강하량을 구하였고, 그 결과를 바탕으로 오일측의 열전달계수를 구하였다. 양측 모두 유량 증가에 따라 열전달 성능은 증가하였지만, 압력강하량도 동시에 증가하였다. 그리고 실험을 통해 본 연구에서 개발된 판형 오일쿨러가 개발목표치를 성공적으로 달성하였음을 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권2호
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• pp.69-73
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• 2016

최근 자동차 엔지니어들은 자동차 엔진의 열효율을 향상시키기 위한 수단으로 폐열 회수 기술에 많은 관심을 기울이고 있다. 배기량이 큰 가솔린 엔진은 대체로 V형인데, 열 회수를 위해 두 개의 슈퍼히터를 각각의 배기 다기관 가까이에 설치하는 것은 비용 면에서 효율적이지 않다. 하나의 슈퍼히터를 한쪽 배기 다기관에 최대한 가깝게 부착하면 좀 더 높은 열교환 효율을 얻을 수 있으나 폐열회수를 위한 배기가스의 유량은 절반이 된다. 반면에, 배기가스의 유량을 전부 이용하기 위하여 두 배기관이 합류된 지점에 슈퍼히터를 설치하면 배기가스의 온도는 많이 감소된다. 이 사실을 바탕으로 슈퍼히터의 최적 위치를 조사하기 위하여 상용프로그램인 AMESim을 이용해 해석을 수행하였다. 이 때, 배기가스 유량 중 절반만을 사용하더라도 슈퍼히터를 배기 다기관과 최대한 가까이 부착하는 것이 엔진의 배기가스로부터 3.8 kW의 열을 더 회수할 수 있는 것으로 나타났다. 이 결과를 바탕으로 최적의 폐열 회수 모델을 도출하고 제안하였다.

• 에너지공학
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• 제25권1호
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• pp.113-121
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• 2016

고분자 전해질 연료전지는 운전온도에 따라 효율과 출력이 변화하기 때문에 $65^{\circ}C{\sim}75^{\circ}C$정도의 적정 운전온도를 유지하기 위한 냉각시스템을 필요로 한다. 따라서 PEMFC 운전온도를 유지하기 위한 냉각시스템 및 이를 위한 제어로직을 적용할 필요가 있다. HILS는 이러한 냉각시스템 제어로직을 검증하고 연구하기 위한 방법 중 하나이다. 본 논문에서는 냉각수 제어 알고리즘 연구를 위해 HILS 시스템을 구성하였다. HILS 시스템 모델은 PEMFC, 열교환기 및 온도와 관련한 외부환경 모델로 구성되며, HILS 시스템의 하드웨어는 삼방밸브, 펌프, 열교환기로 이루어진다. 이러한 HILS를 활용하여 냉각시스템 제어 효율 향상을 위한 제어우선순위 및 제어 대상온도 설정에 대한 연구를 수행하였다. 1차 냉각회로의 삼방밸브를 우선제어대상으로 설정하고, 2차 냉각회로의 온도제어성능 보정을 위해 2차 냉각회로 삼방밸브의 개도율 하한값을 PEMFC 출력과 2차 냉각회로 냉각수 온도의 함수로 작성하여 온도제어성능을 보상할 수 있도록 하였다. 그 결과 안정적인 PEMFC 온도 제어성능을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제1권1호
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• pp.99-105
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• 2013

LNG 극저온기계기술 시험인증센터에 구축되는 LNG 선박용 펌프 및 압축기 성능시험에서 발생하는 증발가스는 안전을 위하여 전량 회수가 요구된다. 본 논문에서는 36 MTD 용량의 천연가스 재액화 시스템에 대한 기본 설계 연구를 수행하였다. 대기압, $-60^{\circ}C$, 일반적인 도시가스 조성비, 1,500 kg/hr 유량의 공급 가스를 기본 설계 조건으로 하여 공정 설계가 이루어졌고, 입구 온도 조건 및 가스 조성비에 따른 LNG 생산량 또한 계산하여 다양한 입구 설계 조건에 따른 시스템의 성능 변화를 비교, 분석하였다. 공정 설계 외에도 재액화 시스템의 핵심 기기인 송풍기, 압축기, 극저온 열교환기, 컴팬더의 제작 사양이 도출되었으며, 전력 및 냉각수의 유틸리티 요구조건 또한 기본 설계를 통해 도출되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.66-73
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• 2020

현재 개발되고 있는 수소 압축 사이클에서는 압축기를 통해 초고압으로 압축된 수소를 고압용기 내에 저장하여 사용한다. 이러한 충전과정 중 용기내의 수소의 압력 및 온도 상승으로 인하여 고압용기에서 열응력이 발생할 수 있다. 고압용기의 신뢰성을 확보하기 위해서는 용기내의 수소의 온도를 예측하고 제어하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 이러한 고압용기의 신뢰성 해석을 위하여 50 MPa급 수소압축시스템에서 고압용기를 충전하는 과정에서의 압력상승에 따른 용기 내의 수소온도 변화 및 외부와의 열평형까지 걸리는 시간, 감압밸브를 지날 때의 수소온도 변화, 고압용기 냉각을 위한 열교환기의 요구능력 등에 대하여 이론적인 방법과 수치적인 방법으로 해석을 수행하였다. 이론해석 결과, 고압용기의 내부 온도는 충전하기 전에 40 ℃에서 충전 후 1^st cycle, 2^nd cycle에서 평균적으로 126.675 ℃, 62.1 ℃가 증가하였다. 또한, 고압용기의 충전량은 1^st cycle, 2^nd cycle에서 각각 7.9 kg, 8.9 kg으로 계산되었다. 본 연구의 결과는 수소충전소와 같이 수소압축시스템이 필요한 현장의 인프라 설계 및 구축 등에 유용하게 활용 될 것이다.