폐 바이오매스 급속열분해 분사층 반응기내 열전달 특성

김효성,박훈채,유호성,이병규,최항석 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2016 No.11

폐 바이오매스의 열 화학적 전환 공정 중 하나인 급속열분해 공정은 공정변수에 따라 열분해 생성물의 수율 및 특성이 변화한다. 급속 열분해 반응이 이루어지는 반응기는 전체 급속 열분해 공정의 핵심이며, 폐 바이오매스의 급속열분해 반응을 위해서는 1,000~10,000℃/s의 빠른 열전달 속도, 500℃의 열분해 반응온도, 1~2초이내의 열분해 생성물 체류시간이 요구된다. 따라서 이를 실현하기 위한 급속열분해 반응기 개발에 많은 연구가 진행되었다. 현재 개발되어 사용 중인 대표적인 급속열분해 반응기는 기포 유동층, 순환유동층, 분사층, Augur형, 융해열분해, 진공열분해 등의 반응기가 있다. 이중 분사층 반응기는 기체-고체 간의 열 및 물질전달이 우수하고, dilute spouted bed regime 에서는 반응기 내 열분해 가스의 체류시간이 짧아 오일의 수율을 기존 유동층 반응기 보다 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 분사층 급속열분해 반응기 내 폐 바이오매스의 급속 열분해 반응은 기체-고체간의 수력학적 특성과 열전달 특성에 영향을 받는다. 따라서 분사층 급속열분해 반응기의 최적 설계와 운전을 위해서는 반응기 내 수력학적 특성과 열전달 특성에 대한 정보가 필요하다. 그러나 현재까지 분사층의 운전조건에 따른 분사층 내 열전달 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 분사층 내 열전달 특성 연구를 위하여 열전달 센서를 설계/제작하였으며, 제작된 열전달 센서를 통하여 분사층내 기체-고체간의 열전달 특성을 측정하였다. 분사층 내 기체-고체간의 열전달 실험은 공탑 속도, Geldart 입자분류, bed 높이를 실험변수로 하여 실험을 수행하였으며, 실험을 통하여 실험변수에 따른 분사층 내 기체-고체간의 열전달 계수의 변화를 연구하였다.

폐 바이오매스 급속열분해 분사층 반응기내 열전달 특성

김효성 ( Hyo Sung Kim ),박훈채 ( Hoon Chae Park ),유호성 ( Ho Seong Yoo ),이병규 ( Byeong Kyu Lee ),최항석 ( Hang Seok Choi ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

폐 바이오매스의 열 화학적 전환 공정 중 하나인 급속열분해 공정은 공정변수에 따라 열분해 생성물의 수율 및 특성이 변화한다. 급속 열분해 반응이 이루어지는 반응기는 전체 급속 열분해 공정의 핵심이며, 폐 바이오매스의 급속열분해 반응을 위해서는 1,000~10,000℃/s의 빠른 열전달 속도, 500℃의 열분해 반응온도, 1~2초이내의 열분해 생성물 체류시간이 요구된다. 따라서 이를 실현하기 위한 급속열분해 반응기 개발에 많은 연구가 진행되었다. 현재 개발되어 사용 중인 대표적인 급속열분해 반응기는 기포 유동층, 순환유동층, 분사층, Augur형, 융해열분해, 진공열분해 등의 반응기가 있다. 이중 분사층 반응기는 기체-고체 간의 열 및 물질전달이 우수하고, dilute spouted bed regime 에서는 반응기 내 열분해 가스의 체류시간이 짧아 오일의 수율을 기존 유동층 반응기 보다 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 분사층 급속열분해 반응기 내 폐 바이오매스의 급속 열분해 반응은 기체-고체간의 수력학적 특성과 열전달 특성에 영향을 받는다. 따라서 분사층 급속열분해 반응기의 최적 설계와 운전을 위해서는 반응기 내 수력학적 특성과 열전달 특성에 대한 정보가 필요하다. 그러나 현재까지 분사층의 운전조건에 따른 분사층 내 열전달 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 분사층 내 열전달 특성 연구를 위하여 열전달 센서를 설계/제작하였으며, 제작된 열전달 센서를 통하여 분사층내 기체-고체간의 열전달 특성을 측정하였다. 분사층 내 기체-고체간의 열전달 실험은 공탑 속도, Geldart 입자분류, bed 높이를 실험변수로 하여 실험을 수행하였으며, 실험을 통하여 실험변수에 따른 분사층 내 기체-고체간의 열전달 계수의 변화를 연구하였다.

일중 피복온실의 관류열전달계수 산정

황영윤,이종원,이현우 (사) 한국생물환경조절학회 2013 생물환경조절학회지 Vol.22 No.2

This study was conducted to suggest a model to calculate the overall heat transfer coefficient of singlelayer covering for various greenhouse conditions. There was a strong correlation between cover surface temperatureand inside air temperature of greenhouse. The equations to calculate the convective and radiative heat transfer coefficientsproposed by Kittas were best fitted for calculation of the overall heat transfer coefficient. Because the coefficientof linear regression between the calculated and measured cover surface temperature was founded to 0.98, theslope of the straight line is 1.009 and the intercept is 0.001, the calculation model of overall heat transfer coefficientproposed by this study is acceptable. The convective heat transfer between the inner cover surface and the inside airwas greater than the radiative heat transfer, and the difference increased as the wind speed rose. The convective heattransfer between the outer cover surface and the outside air was less than the radiative heat transfer for the low windspeed, but greater than for the high wind speed. The outer cover convective heat flux increased proportion to theinner cover convective heat flux linearly. The overall heat transfer coefficient increased but the cover surface temperaturedecreased as the wind speed increased, and the regression function was founded to be logarithmic and powerfunction, respectively. 본 연구의 목적은 일중피복온실의 피복재에 대하여 우리나라 환경에 적합한 관류열전달계수를 산정하는 방법을 찾아내고 검증하여 다양한 온실조건 및 환경조건에서관류열전달계수를 산정할 수 있는 모델을 제시하는 것이다. 온실내부 및 외부온도와 피복재 표면온도와의 상관관계를 분석한 결과 주간 및 야간 온도를 모두 고려하였을 때보다 야간온도만을 고려하였을 경우가 상관성이훨씬 더 높은 것으로 나타났다. 피복재의 표면온도가 온실의 외부온도보다는 내부온도와 상관성이 더 높은 것으로 나타났다. 관류열전달계수를 산정하는데 사용된 5가지 종류의 대류 및 복사열전달계수 산정식을 비교한 결과 Kittas가 제안한 대류 및 복사열전달계수 산정식이가장 적합한 것으로 나타났다. 피복재 표면온도의 측정값과 계산값의 상관성을 분석한 결과 직선의 기울기는1.009이고 절편은 0.001이며 결정계수가 0.98로 나타나본 연구에서 제시된 관류열전달계수 산정모델이 신뢰성이 있음을 확인할 수 있었다. 온실내부로부터 피복재 내부표면으로 전달되는 열흐름량의 경우 모든 풍속구간에대해 대류열전달량이 복사열전달량보다 더 컸으며 풍속이 증가할수록 그 차이가 증가하였다. 외부표면에서 손실되는 열흐름량의 경우 풍속이 낮을 때에는 대류열전달량에 비해 복사열전달량이 더 컸으나 풍속이 증가함에따라 그 차이는 점점 줄어들어 풍속이 높을 때에는 대류열전달량이 더 커지는 것으로 나타났다. 피복재 외부표면의 대류열전달량은 내부표면의 대류열전달량에 직선적으로 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 풍속이 증가함에 따라 관류열전달계수는 증가하고 피복재의 표면온도는 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 변화추세를 보면 관류열전달계수는 거듭제곱함수와 그리고 표면온도는로그함수와 잘 일치하였다.

초음파 진동이 비등열전달 과정에 미치는 영향에 관한 실험적 연구

나기대,오율권,양호동 한국에너지학회 2006 에너지공학 Vol.15 No.1

본 연구에서는 비등열전달 과정동안, 초음파 진동이 열전달 과정에 미치는 영향에 관하여 실험적으로 조사해 보았다. 실험은 등온가열조건하에서, 40 kHz의 초음파 진동을 가진한 경우와 가진하지 않은 경우로 나누어 비등과정동안의 온도분포를 측정하였고, 대류상태와 과냉상태 그리고 포화상태에서의 열전달계수를 측정하여 열전달 향상율을 비교하여 보았다. 또한, 하이드로폰을 이용하여 초음파 가진시 매질내에 발생하는 음압분포를 측정하고 열전달 향상율과 비교하여 보았다. 실험결과, 비등열전달 과정에 초음파 진동을 가진한 경우, 가진하지 않은 경우와 비교하였을 때 열전달계수가 높게 나타나는 것을 확인하였으며, 특히 대류상태에서 열전달계수가 급격하게 증가하였다. 또한, 초음파 진동의 가진으로 인해 형성되는 음압은 진동자가 부착된 지점에서 주위보다 상대적으로 높게 형성되는 것을 실험적으로 확인하였으며, 초음파 진동으로 인해 형성된 높은 음압이 열전달 향상율에 영향을 미치는 원인의 하나로 작용하고 있음을 알 수 있었다. 결국, 초음파 진동에 의해 매질내에 발생하는 음압은 열전달 향상과 밀접한 관련이 있다고 사료된다.

원관 주위의 전도 열전달과 공기의 대류 열전달

이승홍,이억수 釜山大學校生産技術硏究所 1997 生産技術硏究所論文集 Vol.52 No.-

가열되는 원관에 대하여 수직방향에서 공기가 유동할 경우, 원관의 주위 온도를 측정, 분석함으로서, 원관 주위의 강제 대류 열전달에 대한 원주(θ)방향으로 전도 열전달의 영향을 연구하였다. 실린더의 내벽에서 일정한 열유속을 반경(r)방향으로 공급하면, 대류에 의한 원형 실린더 주위의 비대칭적인 온도분포 때문에, 열은 전도에 의해서 원관을 통하여 원주(θ)방향으로 전도 열전달이 존재하고, 실린더 주위로 대류에 의한 대류 열전달이 동시에 일어난다. 기하학적으로 유사한 표면과 경계조건에 대해서, 전도 열전달율은 원관의 열전도계수와 두께에 의존하고 그리고 고체 원관의 벽면을 통하여 발생하는 전도 열전달이 대류 열전달에 미치는 영향은 유체의 열전도계수와 반경의 크기에도 영향을 받는다. 복합 무차원 계수 가 원주방향의 전도 열전달의 대류 열전달에 관한 영향을 나타내는 계수로 사용되었다. 국소 열전달율과 국소 대류 열전달계수에 대한 원주방향의 전도 열전달의 영향은 복합 무차원계수 K*가 작을 경우에 매우 큰 영향을 주고 있음이 발견되었다. The influence of circumferential wall heat conduction on convection heat transfer is investigated for the case of forced convection around a circular tube in cross flow of air by measurements of surface temperature of circular tubes. Keeping uniform heat generation from the inner surface of the cylinder in radial direction, heat is transferred by wall conduction in the circumferential (θ) direction due to the asymmetric nature of the temperature distribution of the cylinder and by convection around the perimeter of the cylinder simultaneously. The wall heat conduction rate depends on conductivity of the tube and size of the tube thickness and the effect of wall conduction on convection heat transfer also depends on conductivity of the fluid and size of the tube radius for geometrically similar surfaces and cross flow conditions. A non-dimensional conjugation parameter has been used to express the effect of the circumferential wall heat conduction. The significant effects of wall conduction on the local convective heat transfer rate and local convective heat transfer coefficients around a circular tube is found when value of the conjugation parameter k* becomes smaller.

소형 전기자동차용 브레이크 디스크의 열전달 분석

박성한,유영철,박성영 사단법인 한국융합기술연구학회 2023 아시아태평양융합연구교류논문지 Vol.9 No.12

During braking, kinetic energy is converted into thermal energy, and the generated thermal energy generates thermal behavior in the brake disc and affects the braking system. Because of this, research on reducing the temperature of the brake disc surface is an important task and related research has been preceded. Therefore, in this study, the heat transfer characteristics of four types of brake discs with perforated shapes on the surface of the discs were analyzed. Experiments and transient heat transfer analysis were performed to analyze the heat transfer characteristics on the surface of the brake disc. As a result of the experiment, Model B showed the highest temperature, and there was a temperature difference from 7.4% to 11% with other models. Through the experimental results and analysis, the convective heat transfer coefficient for each model was applied as the analysis condition. As a result of comparative analysis of experiments and analyses, the disc surface area and convective heat transfer coefficient are judged to be the main performance factors affecting the disc surface temperature, and the effect of the convective heat transfer coefficient is judged to be dominant. Additional analysis was performed by changing the RPM, and the temperature difference on the surface of the disc for each model increased, and the time to reach a random moment when the heat transfer analysis was stabilized tended to decrease. As the RPM increased, the temperature and heat transfer amount of the disc surface increased, while the heat transfer rate decreased. Through the above test and analysis results, it was judged that the heat transfer performance of Model SH was the best compared to other models. 제동 시, 운동에너지는 열에너지로 변환되며 발생된 열에너지는 브레이크 디스크에 열적 거동현상을 발생시키고 제동장치에 영향을 미친다. 이로 인해, 브레이크 디스크 표면의 온도를 감소시키는 연구는 중요한 과제이며 관련 연구가 선행되었다. 따라서, 본 연구에서는 디스크 표면에 타공형상을 설계한 브레이크 디스크 4종의 열전달 특성을 분석하고자 한다. 브레이크 디스크의 표면에서 열전달 특성을 분석하기 위해 실험과 비정상상태 열전달 해석을 수행하였다. 실험결과, Model B가 가장 높은 온도를 나타냈으며, 타 모델과 7.4 %에서 11 %까지 온도차이가 발생하였다. 실험결과와 해석을 통해 모델별 대류열전달계수를 해석조건으로 적용하였다. 실험과 해석을 비교분석한 결과, 디스크 표면적과 대류열전달계수가 디스크 표면온도에 영향을 미치는 주요 성능인자로 판단되며, 대류열전달계수의 영향이 지배적인 것으로 판단된다. RPM을 변경하여 추가해석을 진행하였으며, 모델별 디스크 표면에서의 온도차이는 증가하고, 열전달 해석이 안정화되는 임의 순간에 도달하는 시간은 감소하는 경향을 나타냈다. RPM이 증가하면서 디스크 표면의 온도와 열전달량은 증가하였고, 열전달율은 감소하였다. 위 실험과 해석결과를 통해 타 모델 대비 Model SH의 열전달 성능이 가장 우수한 것으로 판단되었다.

자연대류열전달계수와 강제대류열전달계수에 따른 대류열전달특성에 관한 연구

최정민(Choi Jeong-Min),조성우(Cho Sung-Woo) 대한건축학회 2011 대한건축학회논문집 Vol.27 No.6

Convective heat transfer coefficient is composed of natural plus forced heat transfer coefficient. Convective heat transfer coefficient is affected by more forced heat transfer coefficient than natural convective heat transfer coefficient. Although the existing insulation law is applying the same convective heat transfer coefficient, it ha difference between low-story and high-story in high-rise building. In this study, regression equation can be derived based on the existing four experimental models. With the difference of 10℃, heat transmittance is 0.345 at 3.4m/s and this is 0.349 at 15m/s, the heat transmittance would be increase 1.16%. Therefore, the convective heat transfer should be applied according to building height.

원관 내 왕복유동에 따른 열전달특성의 실험적 연구

박상진,이대영,노승탁,Park, Sang-Jin,Lee, Dae-Yeong,No, Seung-Tak 대한기계학회 1996 大韓機械學會論文集B Vol.20 No.6

스터링 또는 VM 사이클 기긱의 열교환기의 구성요소 중 냉각부와 가열부만으로 이루어진 실험장치를 구성하고 벽온도분포와 열전달량을 측정하여 왕복유동주파수와 왕복유동거리비가 열전달에 미치는 영향을 실험하였다. 냉각부와 가열부와 온도차를 일정하게 유지하기 위해서는 왕복유동의 주파수와 왕복유동거리비가 증가함에 따라 열유속이 증가되어야 함을 보였다. 이는 왕복유동의 주파수와 왕복유동거리비가 중감함에 따라 가열부와 냉각부 사이의 열전달, 즉 열교환기 길이 방향으로의 열전달이 증가함을 의미한다. 또한 실험과 1차원 속도가정에 의한 해석이 매우 잘 일치함을 확인하였다. 가열부에서 반경방향응로의 유체온도분포를 측정하고 열전달계수를 구하였다. 반경방향 온도분포는 왕복유동주파수가 빨라질수록 포물선형태에서 벗어나 편평한 분포를 보이고 무차원 주파수가 커지고 열교환기 길이가 유체의 왕복거리에 비하여 짧아질수록 반경방향으로의 열전달이 향상되었다. 따라서 가열부에서의 평균 열전달 계수 역시 왕복유동주기와 열교환기가 짧을 때 더 크게 나타났다. 결론적으로 같은 전열면적을 가진다면 짧은 열교환기가 상대적으로 유리하나 왕복주파수가 빨라지는 것은 한주기당 열전달량의 측면에서 오히려 효율을 저하시키는 효과를 가져온다. Effects of oscillatory flow upon heat transfer characteristics have been studied experimentally for oscillating flow in a circular tube. The experimental apparatus was designed to simulate the heat exchangers of the Stirling or Vuilleumier cycle machines and the test section consists of heater and cooler. Measurements were presented of heat flux, axial wall temperature distribution, and radial temperature profile of the working fluid for several cases of oscillation frequency and swept distance ratio. The influences of two main parameters, frequency and tidal displacement of the oscillation were investigated. Then the heat transfer coefficient at the heater is obtained. The carried by the authors with a assumption of oscillatory laminar slug flow.

마이크로채널 열교환기에서 채널 굽힘 각도에 따른 R-134a의 증발열전달 특성에 관한 연구

이해승(Hae-Seung Lee),전둥순(Dong-Soon Jeon),김영률(Young-Lyoul Kim),김선창(Seon-Chang Kim) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.6

마이크로채널 열교환기에서 채널 굽힘 각도에 따른 R-134a의 증발열전달 특성에 관하여 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 채널의 굽힘 각도가 120°, 150° 및 180°인 마이크로채널 열교환기에서 R-134a의 증발온도와 Reynolds수 변화에 따른 열전달 특성을 대향류 조건에서 실험하였으며, 실험결과 마이크로채널 열교환기에서 증발열전달량과 증발열전달계수는 R-134a의 레이놀즈수 증가에 따라 증가하였다. 또한 채널의 굽힘 각도가 120° 및 150°인 마이크로채널 열교환기는 증발온도 4.9~14.9 ℃에서 채널굽힘 각도가 180°인 마이크로채널 열교환기와 비교하여 평균 약 17.1% 및 13.3%로 증발열전달량이 증가하였으며, R-134a의 증발열전달계수는 채널의 굽힘 각도가 작을수록 증발열전달계수가 증가하는 것으로 나타났다. Experimental investigations have been carried out to examine the evaporative heat transfer characteristics of R-134a with the channel-bending angle (CBA) in microchannel heat exchangers. In this study, we examined the effects of evaporation temperature and Reynolds number of R-134a on the evaporative heat transfer characteristics of R-134a in microchannel heat exchangers with CBAs of 120°, 150°, and 180° under counterflow conditions. Experimental results show that the evaporative heat transfer rate and evaporative heat transfer coefficient increased with an increase in the Reynolds number of R-134a. Further, the evaporative heat transfer rate corresponding to CBAs of 120° and 150° increased to values greater than the evaporative heat transfer rate corresponding to 180° by approximately 17.1% and 13.3%, respectively, for evaporating temperatures in the range 4.9?14.9℃. The evaporative heat transfer coefficient was affected by the channel angle with increasing evaporative heat transfer coefficient at small channel bending angle.

모형실험을 통한 외표면 대류 열전달계수 예측식에 대한 타당성 검토에 관한 연구

최정민,조성우 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회연합논문집 Vol.15 No.5

최근의 건축물은 주거, 사무 및 상업용도 등의 개별적인 용도보다는 복합적인 용도의 요구로 인하여 고층 및 초고층 건축물은 해를 거듭할수록 증가하고 있는 추세이다. 건축물을 구성하고 있는 주요 부위는 지붕, 벽체, 바닥 등을 들 수 있으며, 이러한 부위에서는 지속적으로 열손실이 발생하게 된다. 호주의 단열기법에서 나타내고 있는 건축물 부위별 열손실을 살펴보면 벽체나 바닥 및 천정으로 손실되는 열량은 전체 손실열량의 35~75%로 나타났고, 창호를 통한 열손실량은 11~20%로 발생되고 있다고 한다. 건축물 외벽에서의 열손실은 일반적으로 열관류에 의하여 발생하게 된다. 열관류는 크게 열전달성분과 열전도성분의 합으로 결정되며, 이 가운데 열전달성분은 외표면과 내표면 열전달 성분으로 다시 나눌 수 있다. 열전달 성분은 대류성분과 복사성분의 합으로 이루어지며, 복사성분의 경우에는 실내외가 모두 상온의 상태에서 발생하게 되므로 큰차이를 보이지 않은 반면, 외기유속과 밀접한 관계가 있는 대류성분에 의하여 그 값은 큰 변화를 가지게 된다. 이에 본 연구에서는 모형실험을 통하여 건축물의 외표면에 작용하는 대류열전달계수를 예측하기 위하여 모형실험을 실시하고자 한다.