초록 ▼

본 연구에서는 상변화 물질을 이용하는 축열조에 관한 기본적인 설계자료를 제공하기 위하여 상변화물질의 응용과정에 대한 대류유동 및 열전달 특성을 구명하고자 한다.
수직가열관 또는 주위를 채우고 있는 상변화물질 내의 유체유동 및 열전달특성을 질량, 운동량 및 에너지보존 방정식과 상경계면 열평형방정식의 수치해석적 연립해에 의해 해석하고, 실험결과와 비교, 검토하였다. 운동량방정식의 부력항에서 밀도는 온도변화에 따라 선형적으로 변화한다는 가정을 제외하고는 계산과정에서 사용한 열 및 유체역학적 물성치들은 일정한 것으로 하였다.<

본 연구에서는 상변화 물질을 이용하는 축열조에 관한 기본적인 설계자료를 제공하기 위하여 상변화물질의 응용과정에 대한 대류유동 및 열전달 특성을 구명하고자 한다.
수직가열관 또는 주위를 채우고 있는 상변화물질 내의 유체유동 및 열전달특성을 질량, 운동량 및 에너지보존 방정식과 상경계면 열평형방정식의 수치해석적 연립해에 의해 해석하고, 실험결과와 비교, 검토하였다. 운동량방정식의 부력항에서 밀도는 온도변화에 따라 선형적으로 변화한다는 가정을 제외하고는 계산과정에서 사용한 열 및 유체역학적 물성치들은 일정한 것으로 하였다.
계산과정에서 용융초기의 용융층 두께는 Stefan Problem을 사용하여 해석하였으며, 상부경계조건으로 Open Top 인 조건과 Closed Top인 조건의 열전달결과들을 Grashof 수 및 가열관반경과 높이의 비인형상비를 변수로 하여 비교, 검토하였다.

Abstract ▼

The objective of this study is to report on the characteristics of convective flow and heat transfer during melting process in order to provide design information for thermal energy storage systems which using phase change material.
The characteristics of fluid motion and heat transfer in the Pha

The objective of this study is to report on the characteristics of convective flow and heat transfer during melting process in order to provide design information for thermal energy storage systems which using phase change material.
The characteristics of fluid motion and heat transfer in the Phase Change Material surrounding a vertical heating tube and flat plate have been analysed by the coupled numerical solutions of momentum, energy, mass conservation and interface heat balence equation and compared with experimental results. For the calculation procedure, the physical properties of fluid are assumed to be constant thermo and fluid dynamically except for the density, which is linerly dependent on temperature in the bouyancy term of momentum equations. At start of melting process, the thickness of melting layer is assumed to be Stefan problem. As upper boundary conditions, the heat transfer results of OPEN TOP and CLOSED TOP are compared with the parameters of Grashof number, heating tube radius and height.

목차 Contents

• 1. 서 론...13
• 1.1 연구배경...13
• 1.2 연구동향...14
• 1.2.1 축열재료에 관한 연구...14
• 1.2.2 축열조에 관한 연구...16
• 1.2.3 상변화 물질의 열전단 특성에 관한 연구 동향...16
• 1.2.3.1 상변화 물질의 열전달 특성에 관한 이론 정립...16
• 1.2.3.2 실험적 방법에 의한 연구 동향...17
• 1.2.3.3 수치해석적 방법에 의한 연구...19
• 2. 이론적 연구...23
• 2.1 이론의 전개...23
• 2.1.1 해석 Model 의 설정 및 단순화...23
• 2.1.2 지배 방정식...23
• 2.1.3 상경계면 열평형 방정식...25
• 2.2 좌표변환...28
• 2.3 수치해석...32
• 2.3.1 격자계 (Grid scheme)...32
• 2.3.2 운동량과 에너지 방정식의 차분...33
• 2.3.2.1 비정상항의 차분...33
• 2.3.2.2 대류항 및 확산항의 차분...38
• 2.3.2.3 압력항의 차분...39
• 2.3.2.4 생성항의 차분...40
• 2.3.3 상경계면 열평형 방정식의 차분...41
• 3. 실험장치 및 실험방법...46
• 3.1 실험장치...46
• 3.1.1 수직원통형 PCM용기 (축열조)...46
• 3.1.2 가열관...46
• 3.1.3 기타 부속장치...47
• 3.2 실험방법...47
• 4. 결과 및 고찰...53
• 4.1 계산조건 및 수렴...53
• 4.1.1 계산조건...53
• 4.1.2 수렴 및 수렴판정...55
• 4.1.2.1 시간증분...55
• 4.1.2.2 Iterative Convergence Method...55
• 4.1.2.3 이완계수 (Relaxation factor)...56
• 4.1.2.4 Grid spacing...56
• 4.1.2.5 계산 수행시간...56
• 4.2 수치해석과 실험결과와의 비교 검토...57
• 4.3 용용계에 관한 검토...61
• 4.4 OPEN TOP조건에 관한 고찰...64
• 4.4.1 용융층의 두께변화...64
• 4.4.2 유동장...69
• 4.4.3 온도장...73
• 4.4.4 열전달 특성...77
• 5. 결 론...83
• *참고문헌...84
• *부 록...92