초록 ▼

중·대형 성층축열조의 최적설계 및 제작기술을 확립하고자 고정노즐형 온도성층 축열조를 아크릴로 제작하여 유동장 및 온도장 분석을 수행하였으며, 실험과 수치 해석을 통하여 온도성층 축열조에 대한 설계기준을 확립하였다. 또한 온도성층 가시화 실험장치를 통하여 디퓨저 형태를 평면형, 와류형, 곡면형, 곡분수형 및 유동 곡분수형 등 5종류로 설계 제작하여 축열조 내부의 온도장 및 유동장 현상을 면밀히 검토하였다. 가시화 실험장치를 통하여 가장 성능이 우수하다고 판단된 곡·분수형 디퓨져를 사용하여 Bench Scale 축열조시스템을 설계 및

중·대형 성층축열조의 최적설계 및 제작기술을 확립하고자 고정노즐형 온도성층 축열조를 아크릴로 제작하여 유동장 및 온도장 분석을 수행하였으며, 실험과 수치 해석을 통하여 온도성층 축열조에 대한 설계기준을 확립하였다. 또한 온도성층 가시화 실험장치를 통하여 디퓨저 형태를 평면형, 와류형, 곡면형, 곡분수형 및 유동 곡분수형 등 5종류로 설계 제작하여 축열조 내부의 온도장 및 유동장 현상을 면밀히 검토하였다. 가시화 실험장치를 통하여 가장 성능이 우수하다고 판단된 곡·분수형 디퓨져를 사용하여 Bench Scale 축열조시스템을 설계 및 제작하며 곡·분수형 디퓨져와 굉면형 디퓨져와의 온도성층 특성을 지역난방공사 대형축열조에서 사용하고 있는 온도분포와 유사하게 비교분석 하였다.
축열조 해석프로그램을 실험데이터와 검증하여 좀더 완성도 있는 프로그램으로 보완하였으며, 주요변수인 공급유량, 온도차, 디퓨져 형상, 축열조 내부의 성능향상을 위한 보조장치 설치 등에 따른 축열조 내부의 열유동과 성층화 현상을 파악하였다.
또한 20톤급 Pilot Scale 축열조시스템의 현장적용 실험을 위하여 현장적용처인 (주)피엠텍의 통기밴드건조기에서 배출되는 고온의 배가스를 열교환기로 열교환하여 온수를 생산하고, 이 온수를 이용하며 열수요처인 금형실과 직원 복지시설인 탈의실에 난방을 실시할 수 있도록 설계하여 제작 설치하였다. 이 시스템의 디퓨져 형상은 축열조 수위에 따라서 디퓨져의 위치가 공기실의 부력에 의해서 자동으로 조절되는 유동곡·분수형 디퓨져로 설계하여 성능실험을 수행하였으며, 이로 인하여 중·대형 성능축열조의 설계 및 제작기술을 확립하였다고 판단된다.

Abstract ▼

The final purpose of this research is to develop optimum design and manufacturing technology of large-scaled stratified thermal storage tank. The stratification effect was Investigated with five different types of diffuser shape in a thermal storage tank with variation of diffuser diameter, velocity

The final purpose of this research is to develop optimum design and manufacturing technology of large-scaled stratified thermal storage tank. The stratification effect was Investigated with five different types of diffuser shape in a thermal storage tank with variation of diffuser diameter, velocity, Froude number etc. Its effect was estimated by the degree of stratification. No matter of diffuser diameter and shape, the degree of stratification was the best as the Froude number gets closer to 1. In the case of a jet curved diffuser, when its diameter is a quarter of tank diameter and election velocity in a diffuser is approximately 0.04 ㎧, the Froude number was almost 1 and the degree of stratification was 9.5. A computer program is developed to investigate the fluid flow in a tank, using Patankars SIMPLE algorithm. The validation of program is made successfully by the comparison against experimental data measured with a bench scale facility. Further a systematic investigation has been made in terms of Important design and operational parameters such as storage tank size(commercial-scale and bench-scale), loading time, shape of diffuser, turbulence model and inlet velocity or Froude number.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...15
• 제 1 절 연구목적...15
• 제 2 절 연구내용...18
• 제 2 장 온도 성층 가시화 축열조 성능실험 장치 및 방법...19
• 제 1 절 가시화 장치 제작 및 실험방법...19
• 1. 성능실험 장치 설계 및 제작...19
• 2. 성능실험 방법...26
• 제 2 절 성능실험 결과 및 고찰...28
• 1. 평면형 디퓨져의 온도성층 특성...30
• 2. 와류형 디퓨져의 온도성층 특성...35
• 3. 곡면형 디퓨져의 온도성층 특성...40
• 4. 곡·분수형 디퓨져의 온도성층 특성...45
• 5. 유동곡·분수형 디퓨져의 온도성층 특성...50
• 제 3 장 Bench Scale 축열조 설계 제작 및 성능실험...56
• 제 1 절 Bench Scale 축열조 설계 및 실험...56
• 1. Bench Scale 축열조 설계 및 제작...56
• 2. 성능실험 방법...60
• 제 2 절 성능실험 결과 및 고찰...61
• 1. 평면형 디퓨져의 온도성층 특성...61
• 2. 곡·분수형 디퓨져의 온도성층 특성...62
• 제 4 장 Pilot Scale 축열조 설계 제작 및 성능실험...63
• 제 1 절 Pilot Scale 축열조 설계 및 실험...63
• 1. Pilot Scale 축열조 설계 및 제작...63
• 2. 성능실험 방법...85
• 제 2 절 성능실험 결과 및 고찰...86
• 제 5 장 축열조 수치해석...89
• 제 1 절 이론적 고찰...89
• 제 2 절 수치해석 방법...92
• 1. 지배방정식...92
• 2. 경계조건...95
• 제 3 절 결과 및 고찰...96
• 1. Lab. Scale(가시화용) 축열조...96
• 2. Bench Scale 축열조...106
• 3. Pilot Scale 축열조...106
• 4. Large Scale 축열조...107
• 제 4 절 결언...114
• 제 6 장 축열조 설계 프로그램...116
• 제 1 절 개요...116
• 제 2 절 입력자료...117
• 1. 루프타입 (Roof Type)...117
• 2. 기본설계 데이터 (Basic Design Data)...117
• 3. Geometric Data...120
• 4. Material Data...121
• 5. Shell Design Data...122
• 6. Minimum Used Shell Thickness(Including C.A) Option...123
• 7. Minimum Used Roof & Rotten Plate Thickness(Including C.A) Option...124
• 제 3 절 출력자료...125
• 1. Shell Design...125
• 2. Check of Shell Stability and Intermediate Wind Girder Design...126
• 3. Roof Design...127
• 4. Top Shell Ring and Central Design for Roof...129
• 5. Annular Bottom Plate and Bottom Plate Thickness...129
• 6. Seismic Design...129
• 7. Wind Load on Tank...131
• 제 4 절 지역난방용 대형 축열조 설계 및 제작방법...132
• 1. 일반사항...132
• 2. 설계조건...133
• 3. 재질...135
• 4. 설치...135
• 5. 조립...136
• 6. 시험 및 검사...136
• 7. 수리...137
• 8. 성능 보증...137
• 9. 보온...137
• 제 7 장 결론...138
• 참고문헌...140
• 부록...143
• 1. 상세설계 도면...143
• 가. Pilot Scale 축열조 시스템...145
• 나. Pilot Scale 축열조 시스템 자동제어 회로도...161
• 2. 실험데이터...169
• 가. 온도 성층 가시화 축열조 시스템 유동장 및 온도장...171
• 1) 평면형 디퓨져의 유동장 및 온도장...173
• 2) 와류형 디퓨져의 유동장 및 온도장...203
• 3) 곡면형 디퓨져의 유동장 및 온도장...211
• 4) 곡분수형 디퓨져의 유동장 및 온도장...227
• 5) 유동곡·분수형 디퓨져의 유동장 및 온도장...239
• 나. Bench Scale 축열조 시스템 온도장...251
• 1) 곡·분수형 디퓨져의 온도장...253
• 2) 평면형 디퓨져의 온도장...261
• 다. Pilot Scale 축열조 시스템 온도장...269
• 서지정보양식...274
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET...275