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문제 정의
- 스택 냉각에 관한 많은 연구들이 이루어졌지만, 고고도 작동조건에서의 연구는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 고고도 무인기 연료전지 시스템의 효과적인 열관리를 위한 기본 정보를 제공하기 위해, 냉각조건에 따른 동체 내부의 열 및 유동에 대한 전산 해석을 수행하였다. 단순화 된 동체 형상에 대해 3차원 난류 유동장을 전산 해석하여, 고도별 동체 내부 유동 및 온도 분포를 살펴보았으며, 외기 유입과 가압의 효과를 조사하였다.
- 본 연구에서는 고고도 무인기 내부의 연료전지 스택의 효과적인 열관리를 위한 기본 정보를 제공하기 위해, 3차원 압축성 난류 유동에 대한 전산 해석을 수행하였다. 고도별로 동체 내부의 유동 및 온도 분포를 조사하였으며, 외기 조건과 가압에 따른 냉각효과를 살펴보았다.
가설 설정
- 고고도 무인기 내부의 열전달 해석을 위한 단순화 된 동체 형상을 사용하였으며, 동체의 중심면을 기준으로 유동 패턴이 대칭이라고 가정하여 동체 형상의 절반 영역만을 해석하였다. 사용된 격자수는 약 23만 개이다.
- 2는 동체 내부 중심 면에서의 온도 분포를 나타낸다. 고도가 낮아질수록 온도 분포가 균일해지며, 동체 내부 최고 온도도 낮아진다. Fig.
- 이 경우, 팬은 매우 얇다고 가정하고, 팬의 전, 후면에서의 압력 상승은 팬을 통과하는 유속의 함수로 부과하였다. 동체 내부는 완전 밀폐된 것으로 가정하였으며, 부력 및 팬에 의해서만 내부 유동이 발생된다고 가정하였다.
- 1a). 스택 부분에서 발생한 열은 스택의 위에 설치된 팬에 의해 냉각된다. 이 때 팬에 의해 발생되는 유동을 모 사하기 위해 실제 냉각팬의 성능 곡선으로부터 도출 된 팬 경계조건을 부과하였다(Fig.
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