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교류자계내 자성나노유체의 자기대류효과를 이용한 냉각특성 해석
Analysis of Cooling Effects with Magnetic Nanofluid Due to Magnetoconvection in AC Magnetic Field 원문보기

대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회, 2011 July 20, 2011년, pp.1459 - 1460  

정근영 (경북대학교) ,  이세희 (경북대학교)

초록
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자성유체에 60Hz의 교류자기장을 인가할 때 발생되는 냉각효과를 해석하기 위해 유한요소법을 결합하였다. 열원으로는 전류가 코일에 흐를 때 생성되는 줄열과 닐운동과 브라운운동으로 야기되는 전력손실에 의한 발열이 있다. 교류자기장은 주파수가 낮기 때문에 줄열이 주요한 열원이 된다. 그러므로 코일에서 자성유체로 일어나는 열전달과 자연대류현상은 코일의 표면에서 일어난다. 자연대류현상을 해석하기 위해서는 자성유체의 부력밀도를 고려해야 한다. 부가적으로 자계의 세기와 온도에 관한 함수인 자화와 자기체적력밀도로 인해 자기대류현상과 같은 강제대류가 일어난다. 이러한 두 가지 대류현상으로 인해 교류자기장을 인가한 자성유체에서 냉각효과가 일어난다. 자기체적력밀도는 유한요소법으로 보간된 가상공극개념을 이용하여 켈빈전자기력밀도를 이끌어 낸 후 이를 수치적으로 이용하여 구하였다. 랑제방함수는 켈빈전자기력밀도와 전력손실을 계산하는데 필요한 비선형 자화율을 고려하기 위해 사용하였다.

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가설 설정

  • 자성유체의 역학적인 유동을 분석하기 위해서 자화는 자기장세기 와 동일선상에 있다고 가정한다. 부영역 입자가 충분히 작아서 초상자성 거동이 일어나면 동일선상에 두는 것으로 문제 설정을 간략화할 수 있다[4].
  • 자기대류효과에서는 켈빈체적력밀도는 가상공극개념으로 구할 수 있다. 자성유체의 자화율은 교류자기장해석에서 선형적인 특성을 가진다고 가정한다. 그러나 열-유체 해석에서는 켈빈체적력밀도와 자성유체 내의 전력손실을 계산하기 위해 비선형 자화율이 사용된다.
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