[보고서]초고발열기기 냉각을 위한 나노선융합 강제대류비등열전달기술 개발

조형희

초고발열기기 냉각을 위한 나노선융합 강제대류비등열전달기술 개발
Development of nanowire hybridized forced convention boling heat transfer technology for cooling of ultra-high heat flux devices 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	연세대학교 산학협력단
연구책임자	조형희
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2012-02
과제시작연도	2011
주관부처	교육과학기술부
사업 관리 기관	한국연구재단
등록번호	TRKO201300010722
과제고유번호	1345156110
DB 구축일자	2013-06-29
키워드	비등열전달,강제대류전달,충돌제트,나노선,극친수성,모세관 펌핑 현상,임계열유속(CHF),기포거동특성,온도배열센서Boiling heat transfer,Forced convection heat transfer,Impingement jet,Nanowire,Superhydrophilic,Capillary pumping,Critical heat flux (CHF),Bubble dynamics,Array-type thermal sensor

초록 ▼

▶나노선 융합 강제대류비등열전달기술 구현
- MEMS 기술을 이용한 표면 온도 정밀 측정 기법 및 국소 온도 보정 기술 확립
- 초고속카메라를 이용한 기포 유동 관찰 및 열전달에 미치는 영향 분석
- 나노/마이크로 구조와 강제대류 비등열전달기술의 융합으로 비등열전달 성능향상
- 강제대류유동 및 충돌제트를 이용한 핵비등 연장 및 막비등 억제: CHF, h 상승
- 미세 패터닝된 영역에서 나노선 선택적 성장: 핵생성 공동 증가
- 풀비등 실험으로 나노선 다발 표면의 열전달 개선 효과 검증
나노선-비

Abstract ▼

▶Development of nanowire-applied forced convection boiling heat transfer technology
- Local and precise heat transfer evaluation technique via MEMS technique applications
- Flow/vapor behavior visualization by high-speed camera and novel mechanism development
- Boiling heat transfer enhancement by combining nanowires and forced convection boiling
- Nucleate boiling elongation/film boiling suppression using forced convection: CHF, h increase
- Selective growth of nanowire array on micropatterned surface: nucleation site increase
- Verification of nanowires' effect on performance enhancement based on pool boiling experiments
Development of effective cooling technology for ultra-high heat flux devices via hybridization of nanowire and boiling heat transfer

목차 Contents

중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
목차 ... 3
I. 연구계획 요약문 ... 4
1. 국문요약문 ... 4
II. 연구결과 요약문 ... 5
1. 한글요약문 ... 5
2. SUMMARY ... 6
III. 연구내용 및 결과 ... 7
1. 연구개발과제의 개요 ... 7
2. 국내외 기술개발 현황 ... 15
3. 연구수행 내용 및 결과 ... 19
4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 89
5. 연구결과의 활용계획 ... 91
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 94
7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 98
8. 참고문헌 ... 99
9. 연구성과 ... 100
10. 기타사항 ... 106
대표연구성과 ... 107

표/그림 (69)

표 CPU 집적도 개선 및 그에 따른 단위 면적 당 발열량 증가
표 다양한 열전달 냉각기술 및 비등열전달 냉각기술에 대한 열전달계수 [18]
표 비등열전달 성능 곡선과 각 비등영역에서의 열전달 기포 생성 특성 [18]
표 수행한 본 과제의 연구 흐름도 및 연구목표
표 연구 조직 구성도
표 본 연구수행을 위한 연차별 연구추진체계 구성도
표 비등열전달 성능 평가 및 현상 규명을 위한 이론적/실험적 접근 [18]
표 마이크로 표면 제어/가공기술을 이용한 비등열전달 성능 개선 연구 [18]
표 나노기술을 응용한 비등열전달 성능 개선 연구 [18]
표 세계 유수의 기술 선도 그룹과 본 연구단의 관련 세부 연구 기술의 비교
표 RTD와 열전대의 일반적인 특징 비교 [17]
표 2-wire 저항측정 기법과 4-wire 저항측정 기법 [17]
표 히터 하단에 설치된 RTD 센서의 배열과 형상 [18]
표 보정시스템 모식도 [17]
표 RTD array 센서의 온도-저항 보정에 관한 선형관계 및 상관관계식 도출 [17, 18]
표 Silicon 기판 기반 센서의 설치 모식도 [18]
표 RTD 센서 상부의 3D 거칠기 가시화 이미지 [17]
표 강제대류 비등열전달 실험을 위한 시스템 구성 [17]
표 강제대류 비등열전달 실험을 위한 시스템 구성 사진
표 분리형 채널 실험장치 모식도 [17]
표 액체충돌제트 실험장치 모식도 [12]
표 강제대류 및 충돌제트 강제대류에 사용된 분리형 채널 모식도 [17]
표 풀비등(pool boiling) 시스템 모식도 [18]
표 풀비등 실험장치 시스템 구성 [18]
표 수조 내부에 설치된 시험부(test-section) 사진 [18]
표 비등 표면에서 생성되는 기포 거동 관측을 위한 고속카메라 모듈 [18]
표 Effect of Rib turbulators around the transverse ribs with rib angle=90 ˚ [17]
표 요철구조물 각도 변화에 따른 채널내부 유동의 변화 [17]
표 요철구조물의 형상인자 및 실험에 사용된 요철이 설치된 채널부 모식도 [17]
표 제작된 요철 형상 인자 및 실험점 설계 [17]
표 분리형 채널의 측면에 형성된 요철 와류 생성부 사진 [17]
표 Correlations of ONB in experiment [17]
표 각각의 사용 유체에 대한 interfacial surface tension components [9]
표 평균 직경 200 nm의 AAO 주형물의 SEM 단면 사진 [19]
표 나노선이 포함된 주형물 기공 형상 [7]
표 구리 나노선 다발 구조의 XRD 분석 결과 [7]
표 구리나노선의 도금온도에 따른 SAED패턴 [7]
표 구리나노선의 TEM 사진 및 직경분포도 [7]
표 제작된 실리콘 나노선 다발 SEM 이미지(30분 식각 조건) [11, 18]
표 상온 조건에서 식각 시간에 따른 실리콘 나노선 다발의 높이 측정 결과 및 비교 [9]
표 10 μm Si 나노선 다발에서 보이는 나노선 응집 현상과 마이크로스케일 동공(cavity) [18]
표 마 이 크 로(c) 패til턴te의d- vbieawrrier-structure가 남 은 경 우 ( 패 턴 ( d폭) t i2lt0e0d -μvmie,w 간격 200 μm) [11]
표 마 이 크 로 (c )패 t턴ilt의ed -bvaierwrier-structure가 남 지 않 은 경 우(d(패) t턴ilt e폭d- v1i0ew0 μm, 간격 20 μm) [11]
표 마이크로-나노 복합구조물에 대한 접촉각 특성 평가 결과 [11]
표 국소적인 소수성 구조의 유무에 따른 표면의 액적 거동 특성 모식도 [11]
표 실리콘 나노선 형성을 위한 식각 시간 변화에 따른 초친수성 접촉각 특성 평가 결과 [9]
표 실리콘 나노선 형성을 위한 식각 시간 변화에 따른 초소수성 접촉각 특성 평가 결과 [9]
표 실리콘 나노선 다발로 코팅된 표면에서의 liquid droplet 거동에 대한 모식도 [9]
표 나노선 다발 형성을 위한 식각 시간 변화에 따른 표면 거칠기, 측정 접촉각의 변화 [9]
표 채널 벽면에(c ) 요b철oil구ing조 c물u(rtvyep ea t 3T) in설=6치0 C˚에, 따Re른=5 0비0등0 열전달 성능 곡선 [17]
표 채널 벽면에 요철구조물(type 4) 설치에 따른 열전달계수 증가 효과 [17]
표 p/e=8인 경우, 요철의 각도 변화에 따른 열전달계수 값의 비교 결과 [17]
표 p/e=4인 경우, 요철의 각도 변화에 따른 열전달계수 값 비교 결과 [17]
표 요철의 각도가 60도인 경우, p/e 값의 변화에 따른 열전달계수 값 비교 결과 [17]
표 요철의 각도가 120도인 경우, p/e 값의 변화에 따른 열전달계수 값 비교 결과 [17]
표 판실 리실콘리 콘평 판표과면 나노선 다발 구조 표면에서의( b비) 등나곡노선선 비다교발 (표Re면=6000)
표 Reynolds 수 변화에 따른 비등특성곡선 [12]
표 subcooling 45도 조건의 비등열전달 성능 곡선 [18]
표 Subcooling 45도 조건에서 열유속 값 변화에 따른 센서의 위치별 온도 구배 측정 결과
표 Subcooling 45도 조건에서 열유속 변화에 따른 센서의 위치별 온도 구배 측정 결과
표 포화상태에서 실리콘 평판과 나노선 다발 구조적용에 따른 비등곡선 비교 [18]
표 높이 2 μm의 나노선 다발 구조 적용에 따른 비등열전달 특성 [18]
표 본 연구단의 정량 연구 성과
표 micro pin-fi
표 Micro-pin-finned 구조에서의 열전달 메커니즘 [16]
표 Statistic diameter distributions of the Cu nanowires grown at various temperatures
표 본 발명의 일실시 예에 따른 열전달소자 제조방법의 도식도
표 Boiling curves with Si nanowires fabricated surface and plane surface
표 Boiling curves with Si micro-nano hybrid structure surface and plane surface

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