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상변화물질을 이용한 열방어체계의 수치해석 연구
A Numerical Analysis on the Thermal Protection System Applied Phase Change Material 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.16 no.4 = no.71, 2012년, pp.80 - 86  

오창묵 (국방과학연구소 1기술연구본부 5부) ,  유영준 (국방과학연구소 1기술연구본부 5부) ,  민성기 (국방과학연구소 1기술연구본부 5부)

초록
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본 연구는 상변화물질이 고상에서 액상으로 변화되는 동안, 상변화 물질의 온도가 변하지 않는 특성을 이용하여, 고온환경에 한시적으로 사용되는 열차폐 구조물의 구현가능성을 수치해석적인 방법으로 평가하고, 이에 대해 개선사항을 도출하여 열차폐 구조물의 설계에 반영하기 위한 것이다. 이를 위해 시스템에 적용되는 환경조건을 단순화하여 내부에서 발열하는 구성품에 의한 내부발열면과, 외부의 고온환경을 모의하는 외부가열면으로 경계조건을 설정하였고, 해석형상은 해석의 용이성을 위하여 육면체 형상으로 고려하였으며, 상변화물질의 용융특성과 열차폐 구조물내 공기온도 변화를 연결기의 유무에 따라 비교하고 분석하였다. 이 결과, 내부 발열면의 열이 상변화 물질로 원활히 전달되지 않아 내부공간의 온도가 크게 상승하며, 연결기로 유입되는 열이 상당한 것으로 해석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study is for figuring out a possibility of realization of the thermal protection system(TPS) for temporary use under high temperature condition and improving a design of the future TPS. On this purpose, environmental condition of the system has been simplified: the boundary conditions consist o...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 비교적 체적변화가 적어 시스템에 적용이 간단한 용융(melting) 현상을 해석하였다. 본 연구를 토대로 상변화물질을 이용한 열차폐 구조물의 개발 가능성을 해석적인 방법으로 검토하였고 고려 사항들을 도출할 수 있었다.
  • 상변화 현상은 고상에서 액상으로 변화하는 융해, 액상에서 고상으로 변화하는 응고, 액상에서 기상으로 변화하는 기화 및 기상에서 액상으로 변화하는 액화 등이 있다. 본 연구에서는 비교적 체적변화가 적어 시스템에 적용이 간단한 용융(melting) 현상을 해석하였다. 본 연구를 토대로 상변화물질을 이용한 열차폐 구조물의 개발 가능성을 해석적인 방법으로 검토하였고 고려 사항들을 도출할 수 있었다.
  • 연결기를 통하여 외부가열면의 열이 상변화물질로 빠르게 전달될 수 있기 때문에 이의 확인을 위하여 본 해석을 수행하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
상변화물질의 장점은 무엇인가? 그 중 잠열에너지를 이용하는 상변화물질 시스템에 관련되어 연구가 활발히 진행되고 있다. 선진국에서는 상변화물질의 높은 에너지 저장밀도와 녹는점과 어는점 사이에서의 일정한 온도유지의 장점을 가지고 있어 태양열 에너지 저장과 빌딩 중앙 공조 시스템의 온도 저장 그리고 폐열 회수 (recovery) 시스템 등에 적용하는 연구가 진행되고 있으며[1-2], 국내에서는 유가가 상승함에 따라, 냉동기 소요를 대체하는 목적으로 상변화물질을 연구하고 있다[3-4]. 향후 동 분야의 발전은 화석연료의 생태계 파괴를 방지하는 목적과 에너지의 효율적인 관리라는 차원으로 지속적인 발전이 기대되는 분야이다.
상변화 현상에 포함되는 반응들로 무엇이 있는가? 상변화 현상은 고상에서 액상으로 변화하는 융해, 액상에서 고상으로 변화하는 응고, 액상에서 기상으로 변화하는 기화 및 기상에서 액상으로 변화하는 액화 등이 있다. 본 연구에서는 비교적 체적변화가 적어 시스템에 적용이 간단한 용융(melting) 현상을 해석하였다.
본 연구에서 외부 고온 환경과 내부 발열 상황에서 상변화 물질 시스템의 적합성 및 개발 가능성을 알아보기 위한 전산해석으로 부터 어떠한 결론을 도출하였는가? 외부에서 들어오는 고온의 열을 차단하기 위해 단열재, 상변화물질로 구성된 열차폐 구조물은 내부 온도 유지에는 적합하지만 내부에서 발생하는 열원이 있을 경우, 열이 상변화 물질로 효과적으로 외부로 전달이 되지 않으며 내부온도는 급격하게 상승하게 된다. 따라서 내부의 열을 상변화물질 쪽으로 효과적으로 전달시키는 기구물에 대한 연구가 필요하다. 외부 고온 환경에서 열차폐 구조물에 연결기를 적용할 경우 연결기 하우징의 열전도도가 높아 하우징 주변을 감싸고 있는 상변화물질을 빠르게 용융시킬 수 있으며, 그 결과 외부의 고온이 컨넥터 하우징을 통하여 빠르게 내부로 유입 되어 내부공간의 공기온도를 상승 시킬 수 있다.
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참고문헌 (6)

  1. Stritih, U., "Heat Transfer Enhancement in Latent Heat Thermal Storage System for Buildings," Energy and Buildings Vol. 35, 2003, pp.1097-1104 

  2. Regin, A. Felix, Solanki, S.C. and Saini, J.S., "Heat transfer characteristics of thermal energy storage system using PCM capsule: a review," Renewable and Sustainable Energy Reviews Vol. 12, 2008, pp.2438-2458 

  3. 오창묵, 유영준, 민성기, "상변화 물질 적용 시스템의 열해석 연구," 제15차 유도무기학술대회 논문집, 2009, pp.186-188 

  4. 유영준, 오창묵, 민성기, "파형 유로를 갖는 마이크로채널 PCM 열교환기의 전산해석 연구," 2010년 한국군사과학기술학회 종합학술대회, 2010, pp.1559-1562 

  5. 박한영, 조용, 김영준, 전산유체 따라잡기, 홍릉과학출판사, 2010 

  6. Kundu, Pijush K. and Cohen, Ira M., Fluid Mechanics, Elsevier Academic Press, 2004 

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