초록 ▼

자연대류는 자연계에서 또한 공학문제에서 쉽게 접하게 된다. 이와 관련하여 본 연구에서는 자연대류에 대한 기초연구를 수행하여 열전달계에서 자연대류의 발생요인, 영향 등을 알아보았다. 급격하게 가열 또는 냉각되는 계에서 자연대류가 발생되는 임계조건을 본 연구실에서 개발하여 온 전파이론을 근거로 수치해법을 이용하여 해석하였다. 또한 기초적인 응고실험과 도장실험을 통하여 부력과 표면장력 변화가 가져오는 자연대류의 특성을 정성적으로 고찰하여 보았다. 본 연구에서는 기본 온도분포가 비선형이고 경계층 특성을 보이고 있는 (1) 수직으로 성

자연대류는 자연계에서 또한 공학문제에서 쉽게 접하게 된다. 이와 관련하여 본 연구에서는 자연대류에 대한 기초연구를 수행하여 열전달계에서 자연대류의 발생요인, 영향 등을 알아보았다. 급격하게 가열 또는 냉각되는 계에서 자연대류가 발생되는 임계조건을 본 연구실에서 개발하여 온 전파이론을 근거로 수치해법을 이용하여 해석하였다. 또한 기초적인 응고실험과 도장실험을 통하여 부력과 표면장력 변화가 가져오는 자연대류의 특성을 정성적으로 고찰하여 보았다. 본 연구에서는 기본 온도분포가 비선형이고 경계층 특성을 보이고 있는 (1) 수직으로 성장되고 있는 응고계, (2) 윗면이 냉각됨에 따라 표면장력변화가 있는 수평유체층, (3) 경계면이 가열되는 경사판, 또한 쐐기형 판 위에서 층류 흐름에서 전파이론을 적용하여 대류 불안정성을 검토하였다. 경계조건 및 Prandtl 수와 같은 주요 지배인자들이 임계 Rayleigh 수, Marangoni 수에 미치는 영향을 조사하였으며, 본 연구의 결과들은 기존의 예측치와 비교하여 타당성이 있음을 보였다. 본 연구의 결과는 결정성장, 증발, 착색, 도장, 화학증착, 도금 등 다양한 공정에서 자연대류와 관련된 기본개념, 계를 지배하는 인자들의 역할을 파악하는 데에 크게 도움이 될 것이며, 제품의 질적 향상, 공정개발 등에 대한 유용한 정보를 제공할 것이다.

Abstract ▼

Natural convection often plays an important role in nature and engineering problems. In this connection the critical conditions to mark the onset of natural convection and its effects in some heat transfer systems were investigated. Convective instabilities were analyzed numerically by employing t

Natural convection often plays an important role in nature and engineering problems. In this connection the critical conditions to mark the onset of natural convection and its effects in some heat transfer systems were investigated. Convective instabilities were analyzed numerically by employing the propagation were we have developed. Also, basic experiments of solidification and coating were conducted and characteristics of natural convection caused by buoyant forces and also surface tension gradients were examined qualitatively. The systems considered here are (1) vertically growing solidification system, (2) horizontal fluid layers cooled from above, and (3) heated inclined plates and wedge flow. In these systems the effects of the boundary conditions and Prandtl number on the critical Rayleigh number and also Marangoni number were examined systematically. The present results on critical conditions looks reasonable in comparison of natural convection which sets in during crystal growth, evaporation, painting, chemical vapor deposition, and electroplating. And it is believed that this study will contribute to the related product improvement and precess development since the parameters to describe the systems were analyzed to a certain degree.

목차 Contents

• 서 언...8
• 1. 밑면으로부터 냉각되는 응고계에서 용융액의 대류 불안정성...10
• 1) 서 론...10
• 2) 방향응고 및 Stefan 문제...12
• 3) 액상에서의 지배방정식...16
• 4) 선형 안정성 이론...18
• 5) 전파이론...21
• 6) 해법 및 결과...23
• 7) 결 론...36
• 8) 참고문헌...37
• 2. 파라핀 방향응고 실험...39
• 1) 서 론...39
• 2) 실험장치 및 방법...40
• 3) 이론적 배경...42
• 4) 결과 및 토론...44
• 5) 결 론...52
• 6) 참고문헌...54
• 3. 위에서 냉각되어지는 수평 정지 유체층에서의 자연대류 발생시점 해석...56
• 1) 서 론...56
• 2) 이 론...57
• 3) 얇은 액막(liquid film)에서의 실험...63
• 4) 결과 및 검토...64
• 5) 결 론...72
• 6) 참고문헌...76
• 4. 일정 열속으로 가열되는 경사진 평판위를 흐르는 자연대류의 열적 불안정성 해석...77
• 1) 서 론...77
• 2) 안정성 이론...78
• 3) 수치해법...94
• 4) 결과 및 검토...95
• 5) 결 론...102
• 6) 참고문헌...102
• 5. Wedge 유동에서의 열적 불안정성 해석...104
• 1) 서 론...104
• 2) 지배방정식...105
• 3) 열경계층 두께를 길이 차원으로 하는 교란방정식...110
• 4) 수치해법...114
• 5) 결과 및 토론...115
• 6) 결 론...118
• 7) 참고문헌...125
• 6. 종합 검토...127
• 부록...128