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NTIS 바로가기한국액체미립화학회지 = Journal of ilass-korea, v.20 no.1, 2015년, pp.7 - 13
김으뜸 (전남대학교 기계공학부) , 박인한 (전남대학교 기계공학부) , 배녹호 (전남대학교 기계공학부) , 강보선 (전남대학교 기계공학부)
In this study, the behavior of water or nanofluid droplets impacting upon a hot surface was investigated by visualization of impacting phenomena with time-delayed photographic technique. Changing the mass ratio of nanofluid and the temperature of the heated surface, the characteristics of the spread...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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본 실험에서 고온벽과 충돌하는 물과 나노유체 액적을 연구한 결과, 어떻게 나타났는가? | 물과 나노유체 액적들은 고온벽과 충돌 후 액막으로 퍼지면서 최대직경에 도달한 후 나노유체 액적들은 약간 수축되었지만, 물 액적은 많이 수축되었다. 나노입자 질량비가 높아질수록 확장 액막은 더 퍼져서 최대직경은 더 커지는 경향을 보였다. 또한, 고온벽면의 온도가 높은 경우가 액막이 더 넓게 퍼지면서 비등 현상이 활발히 발생하였다. 분무냉각시 개별 액적의 충돌 거동만을 고려한다면, 물보다는 질량비가 높은 나노유체가 더 넓게 확산되면서 고온벽과의 열전달 면적의 증가로 냉각성능이 더 좋을 것으로 예측된다. | |
C. D. Martinez는 나노유체가 물보다 단상 열전달이 좋은 이유를 어떻게 설명했는가? | D. Martinez(6)는 알루미나(Al2O3) 나노유체를 사용한 경우 물과 비교하여 단상 열전달이 42% 정도 증가하며 이는 나노입자로 인해 액적의 고온면과의 접촉각이 증가하고 더 오래 고온면과 접촉하기 때문으로 설명하였다. Zhu 등(7)은 비등현상이 없는 단상 열전달 영역에 대한 분무냉각실험에서 티타늄디옥사이드 (TiO2) 나노유체를 사용한 경우가 물에 비해 열전달계수가 35% 정도 증가함을 보였다. | |
액적의 고온벽과의 충돌 특성에 영향을 미치는 요인에는 무엇이 있는가? | 단일 액적이 고체 벽면과 충돌하는 현상은 분무 냉각, 분무 도장, 내연기관의 연료 분사, 잉크젯 프린팅, 분무성형, 스프링클러의 화재 소화 등 다양한 분야에서 응용되고 있으며(1,2), Rein(3), Yarin(4), Moreira 등(5)은 이 주제에 대한 종합적인 내용을 소개하고 있다. 액적의 고온벽과의 충돌 특성은, 고온벽의 온도 Tw, 액적의 조건(직경 D0, 속도 V, 충돌 각도), 유체의 특성(밀도 ρ, 점도 µ, 표면 장력 σ), 고체 표면의 거칠기 정도 등의 변수에 따라 다양하고 복잡한 거동특성을 나타낸다. 이 현상과 관련된 무차원 변수들은 Weber 수 (We=ρD0V2/σ), Ohnesorge 수(Oh=We1/2/Re=µ/(ρσD0)1/2) 등이다. |
C. Crowe, M. Sommerfeld and Y. Tsuji, "Multiphase Flows with Droplets and Particles", CRC, Boca Raton, 1998.
A. H. Lefebvre, "Atomization and Sprays", Hemisphere, New York, 1989.
M. Rein, "Phenomena of liquid drop impact on solid and liquid surfaces", Fluid Dyn. Res., Vol. 12, 1993, pp. 61-93.
A. L. Yarin, "Drop impact dynamics: splashing, spreading, receding, bouncing", Annu. Rev. Fluid Mech., Vol. 38, 2006, pp. 159-192.
A. L. N. Moreira, A. S. Moita and M. R. Pana, "Advances and challenges in explaining fuel spray impingement: How much of single droplet impact research is useful?", Prog. in Energy and Comb. Sci., Vol. 36, 2010, pp. 554-580.
C. D. Martinez, "Heat transfer enhancement of spray cooling with nanofluids", MS Thesis, University of South Florida, 2009.
D. S. Zhu, J. Y. Sun, S. D. Tu, and Z. D. Wang, "Experimental study of non-boiling heat transfer by high flow rate nanofluids spray", The 6th Int. Symp. on Multiphase Flow, Heat Mass Transfer and Energy Conversion, AIP Conference Proceedings, 2010, pp. 476-482.
H. Bellerova, M. Pohanka, M. Raudensky, and A. A. Tseng, "Spray cooling by $Al_2O_3$ and $TiO_2$ nanoparticles in water", Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, Las Vegas, NV, 2010.
T. B. Chang, S. C. Syu, and Y. K. Yang, "Effects of particle volume fraction on spray heat transfer performance of $Al_2O_3$ -water nanofluid", Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol. 55, 2012, pp. 1014-1021.
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