초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 최근 그 응용 범위가 넓어지는 금속 재질 성형 3D 프린터 기술을 활용하여 기존의 기술로는 가공이 불가능한 내부 구조를 갖는 관(tube, channel)을 제작하고, 이러한 관 내측이 갖는 단상 및 이상 유동 조건에서 열전달 및 압력강하 현상을 실험적으로 측정하여, 높은 열전달 성능과 상대적으로 낮은 압력강하를 구현하는 관 내부 표면측 구조를 제안하는 것을 목표로 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 본 과제의 주요 연구의 목적은 금속 3D 프린팅 제조 방법을 활용하여 일반적으로 사용되

□ 연구개요
본 연구는 최근 그 응용 범위가 넓어지는 금속 재질 성형 3D 프린터 기술을 활용하여 기존의 기술로는 가공이 불가능한 내부 구조를 갖는 관(tube, channel)을 제작하고, 이러한 관 내측이 갖는 단상 및 이상 유동 조건에서 열전달 및 압력강하 현상을 실험적으로 측정하여, 높은 열전달 성능과 상대적으로 낮은 압력강하를 구현하는 관 내부 표면측 구조를 제안하는 것을 목표로 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 본 과제의 주요 연구의 목적은 금속 3D 프린팅 제조 방법을 활용하여 일반적으로 사용되는 직경의 관 내부에 구조물을 갖는 관을 일체형으로 제작하며, 높은 열전달 계수와 이에 비해 낮은 압력강하를 갖는 구조물의 형상을 시뮬레이션을 통해 도출하고, 그 결과를 실험을 통해 확인하는 것임.
- 이러한 목표를 달성하기 위해 1단계 연구에서는 기존의 관련 연구에 대한 문헌조사를 실시하고, 관 내부에 3D 프린터로 형성할 수 있는 내부구조에 대한 조사를 실시하였으며, 이러한 형상을 먼저 플라스틱 재질로 제작하여 액체를 이용한 압력강하 시험을 실시한 결과 삼각형 핀(TF) 형상의 내부 구조물이 적합하다는 결론을 얻음.
- 2단계 연구에서는 전열 촉진관 내부 구조에 대한 좀 더 정확한 설계를 위해 삼각형 핀(TF) 형상을 관 내부에 구성하는 다양한 방법을 제시하고 해당 형상에 대한 CFD 해석을 수행하여 핀의 크기와 배열 방식에 대한 설계를 완성하고 설계의 결과물을 금속 3D 프린팅 기법을 이용하여 일체형 전열 촉진관으로 제작하여 단상(액체) 유동 조건에서 실험을 진행하였음. 실험 결과 열전달 촉진과 압력강하 증가의 영향을 객관적으로 평가하는 PEC값이 기존 전열 촉진관보다 높은 약 2에 이르는 우수한 전열 촉진관을 제시할 수 있었음.
- 3단계 연구에서는 제안된 전열촉진관을 이용하여 흐름 응축 열전달 조건에서 열전달 계수화 압력강하를 측정하여 그 성능을 분석하였고, 열전달 계수는 크게 증가하였으나, 압력강하 역시 크게 증가하여 단상(액체) 유동 조건에 비해 PEC는 낮게 측정되었음. 이는 전열촉진관 자체의 특성일 수도 있으나, 사용된 냉매의 물성에 의한 영향도 있을 것으로 판단되어, R1234yf를 충전하여 추가적인 실험과 분석을 진행하고 있음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 본 연구과는 최근 그 응용 범위를 넓히는 금속 3D 프린팅 기술을 열전달 향상에 응용하는 측면에서 독창성을 갖는 연구이며, 본 연구를 통해 기존의 기술로 제작이 어려웠던 관 내측 구조물과 관을 일체화한 전열 촉진관을 실험과 시뮬레이션을 통해 설계하고 제작하였음.
- 제안된 전열촉진관은 실험을 통해 기존의 전열촉진 기술에 비해 더 우수한 압력강하 증가 대비 열전달 향상 특성을 보여주었으며, 이러한 전열 촉진관은 이를 적용할 수 있는 다양한 형태의 열교환기에 적용될 수 있을 것으로 기대됨.
- 열교환기의 성능 향상은 최근 문제가 되는 에너지 소비와 탄소배출의 저감에도 기여하는 매우 중요한 기술적 문제이며, 본 연구를 통해 열교환기의 성능 향상의 새로운 방법을 제시하였다는 측면에서 사회적 기여와 효과가 큰 기술임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 과제의 필요성과 목적 ... 4
• 2) 과제의 목표 ... 4
• 3) 과제의 연구범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 연구수행 내용 및 결과 개요 ... 5
• 2) 연구수행 내용 및 결과: 1단계 – 전열 촉진을 위한 내부 구조 결정 ... 5
• 3) 연구수행 내용 및 결과: 2단계 – 전열 촉진관을 금속 3D 프린팅 제작 및 단상유동 실험 및 평활관 대비 성능 분석 수행 ... 7
• 4) 연구수행 내용 및 결과: 3단계 – 전열 촉진관에 대한 응축 열전달 실험 및 평활관 대비 성능 분석 수행 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 17
• 7. 참고문헌 ... 18
• 끝페이지 ... 28