선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 비정상열선법과 다른 형 식으로 작동하는 새로운 열전도율 측정방법을 제 시하고 동일한 농도의 나노유체 시료에 대한 측 정을 실시하여 데이터를 비교함으로써 향후 비정 상열선법 장치를 최종 검증하는 기기로서의 이용 가능성을 제시하고자 한다. 본 논문에는 장치의 제작을 위하여 연구 초기단계에서 도입한 설계개 념, 이론 및 자료처리방법과 츰정 여】, 기존 비정 상열선법으로 측정한 데이터와의 상호 비교 등이 결과로서 제시될 것이다.
- 본 연구에서는 정상상태 방법으로 나노유체의 열전도율을 측정할 수 있는 방법을 제시하였으며 이 장치를 이용한 측정 실험을 통하여 다음과 같 은 결론을 얻을 수 있었다.
가설 설정
- 본 연구의 경우에서도 가열전압에 따른 유효열 전도율 데이터를 얻고 가열전압(또는 열선과 유 체의 온도차)이 0으로 접근하는 경우에는 근사적 으로 열전달이 전도에 의해서만 이루어지며 이 경우 유효열전도율이 정지한 유체에서의 열전도 율에 가까워질 것이라고 가정하고 이를 실험을 통하여 증명하였다.
제안 방법
- 온도를 높이면서 실험하고 낮추면서 실험한 것은 유효열전도율 측정에 있어서 이력현상 (hysteresis)이 존재하는지를 알아보기 위함이었으 나 특이한 현상은 관찰되지 않았다. 다음으로 4% 나노절연유에 대하여 첫 번째에는 절연유와 동일 한 실험조건으로 0.3볼트씩 전압을 증가시키면서 실험하고 두 번째 실험에서는 온도차의 증분을 1.0볼트로 증가시켜 실험을 실시하였다. 마지막으 로 2% 나노절연유에 대하여 0.
- 0볼트로 증가시켜 실험을 실시하였다. 마지막으 로 2% 나노절연유에 대하여 0.3볼트씩 전압을 증 가시켜 실험을 실시하였다.
- 향후 나노유체와 관련된 연구의 신뢰성 확보를 위하여 측정장치의 교차 검증뿐만 아니라 열전도 율이 대폭 향상된 나노유체 시료에 대해서는 별 도의 방법으로 측정을 실시하여 결과를 제시하는 것도 매우 흥미있는 일이라고 생각된다. 본 연구 자도 A12O3, CuO 등의 산화물 입자 (oxide particles)를 물과 에틸렌그리콜에 혼합하여 제조 한 나노유체의 열전도율을 비정상열선법으로 측 정한 경험을 가지고 있다. 비정상열선법이 데이 터의 정밀도나 측정의 신속성 둥을 고려하면 액 체의 열전도율을 측정하는 경우 최선의 방법이라 고 판단되나 실험자의 숙련도와 실험 내용에 대 한 이해 여부에 따라 측정값에는 많은 오차가 개 입될 수도 있다.
- 준비된 시료에 대하여 순수절연유, 4% 나노절 연유, 2% 나노절연유의 순서로 실험을 실시하였 다. 순수절연유에 대하여 가열전압을 0.3볼트씩 증가시키면서 동일한 실험조건으로 2차례 실험을 실시하였고 이후 0.3볼트씩 .전압을 낮추면서 1차 례 실험을 실시하여 모두 3차례 실험을 실시하였 다.
- 05°C 이하로서 최종적인 유효열전도율 계산에 미치는 불확실성은 1% 이내였다. 이와 같은 해석 결과와 제작의 편이성을 고려하여 시험관 외측에 OMEGA 사의 T 형 열전대 센서를 설치하였고 Fluke Hydra II multimeter를 이용하여 온도를 측정하였다. 앞으로는 유리 시험관 대신 벽의 두께가 얇은 금속용기를 사용한다면 온도센서를 벽 외부에 부착하여 발생하게 되는 오차는 극히 미미할 것이다.
- 이와 같이 준비된 시험관은 4.5리터 용량의 항 온조 속에 놓인 후 계획된 설정전압으로 열선을 가열시키며 일정시간 경과 후에 가열전류와 시험 관 외부 벽온도가 변동없이 정상상태로 일정하게 유지되는 것을 확인하고 데이터를 기록하였다. 본 연구에서 사용한 열선과 유체용기 그리고 가 열전류의 크기는 비정상열선법 측정관련 논문인 참고문헌 (6)에서 사용했던 값과 대략적으로 동일 하다.
- 3볼트씩 .전압을 낮추면서 1차 례 실험을 실시하여 모두 3차례 실험을 실시하였 다. 온도를 높이면서 실험하고 낮추면서 실험한 것은 유효열전도율 측정에 있어서 이력현상 (hysteresis)이 존재하는지를 알아보기 위함이었으 나 특이한 현상은 관찰되지 않았다.
- 측정시험에 사용한 나노유체는 변압기 절연유 를 ''기본유체로 사용하고 여기에 질화알루미늄(AIN, Aluminum Nitride)입자를 혼합한 것이다. 제안된 장치를 이용한 열전도율 측정을 위하여 체 적농도 0%의 순수절연유, 2%, 4% 나노절연유 시 료를 .준비하였다.
- 준비된 시료에 대하여 순수절연유, 4% 나노절 연유, 2% 나노절연유의 순서로 실험을 실시하였 다. 순수절연유에 대하여 가열전압을 0.
대상 데이터
- 측정시험에 사용한 나노유체는 변압기 절연유 를 ''기본유체로 사용하고 여기에 질화알루미늄(AIN, Aluminum Nitride)입자를 혼합한 것이다. 제안된 장치를 이용한 열전도율 측정을 위하여 체 적농도 0%의 순수절연유, 2%, 4% 나노절연유 시 료를 .
- 백금센서의 길이는 128mm이며 시험관의 중심 에 센서가 오도록 센서 PCB의 외경과 시험관의 내경이 같게 PCB를 제작하였다. 센서 PCB를 시 험관에 설치하기 전 사포로 미세하게 센서 PCB 의 측면을 연마하여 미세하게 다듬었다.
- 본 실험장치의 경우, 반지름 n를 갖는 중심의 발열체는 지름 50um의 가는 백금열선(platinum wire)이 사용되었다. 이 백금열선은 가열체인 동시에 저항온도센서 (resistance temperature detector)로 작동한다.
- 전압과 전류의 측정 그리고 열선의 가열에는 Agilent DC power supply 6632B를 사용하였다. 6632B의 경우에 소숫점 이하 4자리 모두 유효숫 자를 갖는 가열전류 조건에서 만 의 미있는 열전도 율 즉정이 가능했다.
성능/효과
- (1) 새로운 나노유체의 제조와 열전도율 측정 과정에서 상당한 정도의 열전도율 상승이 얻어진 경우 다른 측정법을 사용하여 열전도율을 측정하 고 비교하는 과정이 반드시 필요하며 이 과정에 서 본 연구에서 제시된 장치는 유체의 열전도율 측정에서 기존의 비정상열선법과 함께 상호 데이 터의 검증을 위해 효과적으로 사용할 수 있음을 확인 할 수 있었다.
- (2) 나노유체의 유효열전도율은 자연대류를 일 으키는 구동력인 열선과 시험관 벽의 온도차가 증가할수록 증가하였다. 유효열전도율 데 이터를 온도차 0인 경우로 곡선맞춤하면 이 경우의 유효 열전도율이 비정상열 선법으로 측정한 나노절연유 의 열전도율에 접근함을 확인 할 수 있었다.
- (3) 낮은 온도차의 경우에는 유효열전도율 증가 폭이 일정하였으나 약 30도 이상의 온도차에서는 순수절연유의 유효열전도율은 감소하는 경향을 갖는 반면 나노절연유의 유효열전도율은 증가폭 이 둔화되지 않았다. 나노유체의 경우 고온에서 혼합입자의 역할에 대하여 많은 논의가 이루어지 고 있는데 이와 같은 관점에서 향후 높은 온도차 에 대한 실험이 필요하다고 생각된다.
- 4에서 온도 차 약 20도까지는 농도증가에 따른 유효열전도율 증가폭이 거의 일정하게 나타났다. 그렇지만 그 이상의 온도차에서는 순수절연유의 경우 유효열 전도율 증가가 감소하는 것처럼 보이나 2%, 4% 농도의 나노절연유는 계속 비슷한 증가율을 갖는 것으로 나타났다.
- 2mm 두께로 제작하였다. 따라서 시험관의 원주 길이와 PCB 두께를 비교하여 이 PCB가 전체 열 전달 면적에 미치는 효과는 약 1% 이내로 판단 되었다.
- 비정상열선법을 사용한 method 3과 유효열전도율을 2차로 곡선 맞춤하여 열전도율을 추정한 method 2의 측정값이 비교적 잘 일치함을 알 수 있다. 따라서 온도차가 0으로 줄어들면 유 효열전도율이 유체 열전도율에 접근할 것이라는 장치 설계 초기의 가정이 타당함을 알 수 있다. Fig.
- 연구의 초기에는 나노입자의 종류와 크기, 혼합 농도, 기본유체(base fluid, 혼합전 열전달 유체)의 종류에 따른 열전도율 상승데이터를 측정하고 이 를 통하여 각 변수들의 영향을 조사하는 연구가 주로 이루어졌다. 발표된 실험결과들을 정리해보 면 낮은 혼합농도에서 매우 큰 폭으로 열전도율 이 상승된 경우도 보고되고 있으나 초기 Lee 등 의 연구나최근 Kim 둥의 연구를© 종합하면 대체적으로 체적농도 4%에서 약 20% 정도가 현 재의 기술로 얻어진 최대 열전도율 상승으로 생 각된다.
- 최근의 나노유체 이론은 고온에서 나노유체의 급격한 열전도율 증가의 원인을 브라운운동의 활 성화에 따른 입자와 유체사이 또는 입자사이의 상호작용 증가로 설명하고 있다. 본 실험이 실시 된 온도차 약 40도의 범위에서 위의 현상을 나노 유체 내의 입자 활동도 증가의 증거로 단정하기 는 부족하다. 향후 이 효과를 보다 자세히 관찰 하기 위하여 더 큰 온도차 또는 고온에서의 유효 열전도율 측정실험이 필요함을 본 결과를 통하여 제안할 수 있다.
- 虹는 유효열전도율(effective therm이 conductivity)로서 열전달이 완전히 전도에 의해서만 일어난다면 물질의 열전도율 k와 동일하다. 본 연구에서 제 시하는 정상상태 열전달 장치의 경우 열선의 가 열전류가 유한한 경우 열선주위로 자연대류가 발 생하여 항상 虹가 k보다 크게 될 것이나 전류를 0에 가깝게 줄이면서 데이터를 획득하고 최종적 으로 전류가 0인 상태를 외삽(extrapolation)하여 추정하면 이때 얻어진 유효열전도율이 액체의 열 전도율과 일치하게 됨을 예상한다.
- Table 1에 는 각 방법으로 측정한 시료의 열전도율 절대값 과 함께 순수절연유 대비 열전도율 상승률이 표 시되어 있다. 비정상열선법을 사용한 method 3과 유효열전도율을 2차로 곡선 맞춤하여 열전도율을 추정한 method 2의 측정값이 비교적 잘 일치함을 알 수 있다. 따라서 온도차가 0으로 줄어들면 유 효열전도율이 유체 열전도율에 접근할 것이라는 장치 설계 초기의 가정이 타당함을 알 수 있다.
- (2) 나노유체의 유효열전도율은 자연대류를 일 으키는 구동력인 열선과 시험관 벽의 온도차가 증가할수록 증가하였다. 유효열전도율 데 이터를 온도차 0인 경우로 곡선맞춤하면 이 경우의 유효 열전도율이 비정상열 선법으로 측정한 나노절연유 의 열전도율에 접근함을 확인 할 수 있었다.
- 나노유체의 열전도율 상승효과는 기존의 이론 으로 설명할 수 없는 부분이 많았으며 이에 따라 이론연구를 통하여 실험결과를 설명하려는 시도 가 많이 이루어졌다. 이론연구에서의 주요 관심 사항은 입자의 크기 영향, 혼합유체의 평균온도 상숭에 따른 입자의 미세운동(Brownian motion)이 열전도율 상승에 미치는 영향을 설명하는 것이었 다. 대표적인 예로서 Jang 등의 연구, ⑶ 최근에 Chon 등의 연구를e 들 수 있다.
후속연구
- .향후 나노유체와 관련된 연구의 신뢰성 확보를 위하여 측정장치의 교차 검증뿐만 아니라 열전도 율이 대폭 향상된 나노유체 시료에 대해서는 별 도의 방법으로 측정을 실시하여 결과를 제시하는 것도 매우 흥미있는 일이라고 생각된다. 본 연구 자도 A12O3, CuO 등의 산화물 입자 (oxide particles)를 물과 에틸렌그리콜에 혼합하여 제조 한 나노유체의 열전도율을 비정상열선법으로 측 정한 경험을 가지고 있다.
- (3) 낮은 온도차의 경우에는 유효열전도율 증가 폭이 일정하였으나 약 30도 이상의 온도차에서는 순수절연유의 유효열전도율은 감소하는 경향을 갖는 반면 나노절연유의 유효열전도율은 증가폭 이 둔화되지 않았다. 나노유체의 경우 고온에서 혼합입자의 역할에 대하여 많은 논의가 이루어지 고 있는데 이와 같은 관점에서 향후 높은 온도차 에 대한 실험이 필요하다고 생각된다.
- 따라서 본 연구에서는 비정상열선법과 다른 형 식으로 작동하는 새로운 열전도율 측정방법을 제 시하고 동일한 농도의 나노유체 시료에 대한 측 정을 실시하여 데이터를 비교함으로써 향후 비정 상열선법 장치를 최종 검증하는 기기로서의 이용 가능성을 제시하고자 한다. 본 논문에는 장치의 제작을 위하여 연구 초기단계에서 도입한 설계개 념, 이론 및 자료처리방법과 츰정 여】, 기존 비정 상열선법으로 측정한 데이터와의 상호 비교 등이 결과로서 제시될 것이다.
- 이와 같은 해석 결과와 제작의 편이성을 고려하여 시험관 외측에 OMEGA 사의 T 형 열전대 센서를 설치하였고 Fluke Hydra II multimeter를 이용하여 온도를 측정하였다. 앞으로는 유리 시험관 대신 벽의 두께가 얇은 금속용기를 사용한다면 온도센서를 벽 외부에 부착하여 발생하게 되는 오차는 극히 미미할 것이다.
- 장비를 제조한 국외기관에 의뢰하여 나노유체 열전도율 을 측정한 결과가 본 연구자가 최초 측정한 데이 터와 일치하였다. 이상에서 언급한 여러 가지 사 실들을 통하여 정확하고 재현성 있는 열전도율 측정이 나노유체 연구를 위하여 필수적 요소임을 다시 한번 확인할 수 있었다.
- 나노유체의 열전도율이 높아져서 정적인 상태에서의 열전달 특성이 우수하여도 대류상태 에서의 동적인 열전달특성 즉, 대류열전달계수는 순수유체의 경우보다도 낮을 수 있고 그 반대의 경우도 나타날 수 있다. 향후 나노유체의 보급을 위해 관련된 응용연구가 많이 이루어져야 하며 실제 열전달과정 실험을 통하여 열전달 향상이 입증된다면 웅용측면에서 그 의미가 크다고 생각 된다.
- 본 실험이 실시 된 온도차 약 40도의 범위에서 위의 현상을 나노 유체 내의 입자 활동도 증가의 증거로 단정하기 는 부족하다. 향후 이 효과를 보다 자세히 관찰 하기 위하여 더 큰 온도차 또는 고온에서의 유효 열전도율 측정실험이 필요함을 본 결과를 통하여 제안할 수 있다.°"。
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.