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.

열전도도가 다른 소재들의 냉·온감 구분에 따른 소재별 냉·온감 인지에 관한 연구

최광호,엄현진,이민수,임태홍 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2018 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.8 No.12

The purpose of this study is to investigate the correlation between material’s heat conductivity characteristics and human warm and cool cognitive ability. Ten kinds of specimens with different heat conductivities were prepared. The heat conductivity of each material described in the literature are listed in order. To investigate relationship between heat conductivity of each material and human cognitive ability on warmness and coolness, the two kinds of interpersonal experiments were performed. First, interpersonal experiment to recognize the difference on cold sensation between experimental and control group was conducted. The quartz which has median heat conductivity among ten specimens was utilized as the experimental group, and the others were used as the control group. Director instructed participants to select only one specimen to judge different warmness and coolness among control group compared to experiment group. The tendencies of accuracy of recognizing coldness and warmness increased as increasing the difference between the thermal conductivity of quartz and non-quartz material. Seconds, interpersonal experiment on the degree of recognition of coldness and warmness was performed. Each participant scored warmness and coldness of each specimen after touching ten specimens in order. The averaged score of warmness and coldness of each specimen was almost proportional to heat conductivity. 본 연구는 소재의 열전도도 특성과 사람의 냉·온감 인지정도의 상관관계에 관한 연구이다. 각기 다른 특성의 열전도도를 가지는 열 개의 시편을 선정하고, 문헌에 기재된 각 소재의 열전도도 값을 순서대로 나열하였다. 각 시편의 실제 열전도도 값과 사람의 냉·온감 인지능력과의 상관관계가 있는지 확인하기 위하여 두 가지 인지실험을 진행하였다. 첫 번째 실험은 실험군 시편과 대조군 시편의 냉· 온감의 차이를 인지하는지에 관한 대인 실험이다. 시편 중에서 열전도도의 중간 값을 가지는 퀄츠를 실험군으로, 다른 소재의 시편은 대조군으로 하였다. 피 실험자에게 퀄츠를 만지게 한 후, 다른 소재의 시편들을 만지게 하여, 퀄츠와 다른 냉·온감을 가지는 시편 하나만을 고르게 하였다. 실험군인 퀄츠와 대조군인 시편의 열전도도 차이가 클수록 냉·온감 인지의 정확도는 증가하는 경향성을 보인다. 두 번째 실험은 냉·온감 인지의 정도에 관한 대인실험이다. 피 실험자에게 열 개의 시편을 충분한 시간을 주어 만지게 한 후, 인지한 냉온감에 대해 각자 스코어링 하도록 하였다. 각 피 실험자가 냉온 감에 대해 스코어링한 평균점수는 실제 시편의 열전도도와 대체적으로 비례하는 상관관계를 보인다

기술보고 : 금속재질 열교환기의 지중 열교환 효율에 관한 연구

송재용 ( Jae Yong Song ),김기준 ( Ki Joon Kim ),안상곤 ( Sang Gon An ),김진성 ( Jin Sung Kim ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ) 대한지질공학회 2015 지질공학 Vol.25 No.1

본 연구는 지열시스템 열교환 효율의 개선방안을 모색하기 위한 것으로 금속재질의 열교환기인 동관 및 스테인레스관과 기존 지열시스템에 많이 적용되는 PE관을 이용하여 지열열교환기의 재질에 따른 열전달 효율을 비교 분석하였다. 또한 지하매질의 지하수에 포함되어 있는 지하수열을 동시 활용할 경우의 열전달 효율 변화를 평가하고 그 적용성을 검토하였다. 열교환기 내의 유속, 유량 및 열교환기의 구경을 조절함으로써 열교환기의 재질에 따른 열전달 효율을 평가 후현장실증시험 설계인자를 도출하였다. 열교환 효율과 유효 열전도도는 현장 열전달 효율 시험 및 열응답 시험을 통해 변화양상을 분석하였다. 분석결과 금속재질이 PE관에 비해 높은 열전달 효율을 보였으며, 유량에서의 구경증대에 따른 열전달효율은 크지 않았으나 유속에서의 구경증대에 따른 열전달효율은 높아지는 것을 확인하였다. The purpose of this study is to analyze and compare the heat transfer efficiency of using copper pipe, stainless pipe and traditional PE pipe commonly used for geothermal heat exchanger, with aims at seeking improved methods. In addition, the varying efficiency of heat transfer from ground heat and groundwater heat was assessed and its applicability was discussed. Design parameters for empirical field study were derived by controlling flow rate, velocity and caliber of pipes of the heat exchanger after the thermal efficiency of the heat exchanger material was evaluated. The heat exchange efficiency and effective thermal conductivity were measured with changing pattern through field thermal efficiency and thermal response test. Experimental results show that the metal material showed higher heat transfer efficiency than the PE pipe. Although the heat transfer efficiency was not high with the increase of the pipe diameter in the flow rate, it was high with the increase of the pipe diameter in the velocity.

열방어구조의 다공성 단열재 유효 열전도율 예측 모델링

황경민(Kyung-Min Hwang),김용하(Yong-Ha Kim),김명준(Myung-Jun Kim),이희수(Hee-Soo Lee),박정선(Jung-Sun Park) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.3

다공성 단열재는 탁월한 단열 효과로 단열공간을 최소화하여, 기존 단열재 대비 내부 공간을 활용할 수 있어 여러 산업 분야에서 사용되고 있다. 특히 높은 단열 효과뿐만 아니라 경량화가 요구되는 항공우주 산업분야에서는 이와 같은 다공성 단열재의 수요가 증가하고 있다. 본 논문에서는 다공성 단열재의 정확도가 높은 유효 열전도율 예측 모델을 새롭게 제안하고, 기존 예측 모델 및 시험 결과와 비교 검증하였다. 이를 위해, 기존 유효 열전도율 예측모델에 대하여 문헌조사를 수행하였고, 다공성 단열재의 고체 부피율에 따른 열전도율 시험결과 값과 비교하였다. 또한 유효 열전도율 시험 결과와 비교하여 가장 높은 정확도를 가진 Zehner-Schlunder 모델 및 시험 결과 데이터를 기반으로 새로운 유효 열전도율 예측 모델을 정의하였으며, 시험 결과 데이터와 비교하여 기존 유효 열전도율 예측 모델보다 유사한 정확도를 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 개선된 유효 열전도율 예측 모델을 적용하여 초고속비행체 열방어구조의 과도 열전달 해석을 수행하였으며, 열전달 시험 결과와의 비교를 통해 예측 모델의 유효성을 확인하였다. Porous insulation have been frequently used in a number of industries by minimizing thermal insulation space because of excellent performance of their thermal insulation. This paper devices an effective thermal conductivity prediction model. First of all, we perform literature survey on traditional effective thermal conductivity prediction models and compare each other model with heat transfer experimental results. Furthermore this research defines advanced effective thermal conductivity prediction models model based on heat transfer experimental results, the Zehner-Schlunder model. Finally we verify that the newly defined effective thermal conductivity prediction model has better performance prediction than other models. Finally, this research performs a transient heat transfer analysis of thermal protection system with a porous insulation using the finite element method and confirms validity of the effective thermal conductivity prediction model.

산화 그래핀을 혼입한 나노 콘크리트의 열 성능에 관한 실험적 연구

안성권,방춘석,강윤석,신윤지,설유강 한국콘크리트학회 2024 콘크리트학회논문집 Vol.36 No.3

지구 온도가 산업화 시기 이전보다 1 °C 이상 올라갔는데 설상가상으로 여름철 도심지에서의 상승 폭은 도시열섬현상 때문에 이보다 더 크다. 이 때문에 여름철 에어컨 사용이 일상적인데 문제는 막대한 전력 사용에 따른 온실가스 배출이다. 따라서 탄소 중립 및 도시열섬현상 완화를 위해서는 되도록 에너지 사용을 줄일 수 있도록 단열 성능이 우수한 건설재료를 사용해야 한다. 본 논문은 수분을 흡수하는 나노소재의 특성을 이용해 콘크리트의 열 성능을 개선하는 방안의 타당성을 평가하기 위해 수행한 실험의 과정 및 결과를 기술한다. 평판열류계를 이용해 0.08~0.24 %의 산화 그래핀을 혼입한 나노콘크리트 시편의 열 성능을 평가했다. 관련 국제표준에 따라 데이터를 분석해 열전도율을 산정했고 열확산율 방정식을 이용해 이를 검증했다. 나노콘크리트의 열전도율은 1.5~1.9 W/m°C였고 일반콘크리트의 열전도율은 2.4~2.5 W/m°C였다. 이것은 일반콘크리트에 비해 나노콘크리트의 열전도율이 20~40 % 감소했음을 시사한다. 또한 시차주사열량계를 이용해 승온에 따른 열출입을 측정했다. 일반콘크리트는 75 °C 부근까지만 열을 흡수했지만, 나노콘크리트는 최대 약 100 °C까지 열을 흡수했다. 이것은 일반콘크리트에 비해 나노콘크리트의 흡열량이 더 컸음을 보여주는 것이다. 본 논문은 산화 그래핀 혼입량이 증가함에 따라 열전도도는 감소했고 흡열량은 증가했음을 보여준다. 본 논문은 분자동역학 시뮬레이션 등의 수치해석 및 개선된 친수성 표면 작용기를 활용한 분석실험 등 후속 연구도 제안한다. The Earth’s temperature has risen more than 1 °C since the pre-industrial era, with an even more significant increase in urban areas during the summer due to the urban heat island effect, making air conditioning a common practice. However, there is a significant problem with the huge power consumption and subsequent greenhouse gas emissions associated with air conditioning. Therefore, to achieve carbon neutrality and mitigate the urban heat island effect, it is essential to use materials with good insulation properties to reduce energy consumption. This paper describes the process and results of experiments conducted to evaluate the feasibility of improving the thermal performance of concrete using moisture-absorbing nanomaterials. The thermal performance of nanoconcrete specimens with 0.08~0.24 % graphene oxide admixture was assessed using the hot disk transient plane source method. The thermal conductivity was calculated according to relevant international standards and verified using the thermal diffusivity equation. The thermal conductivity of nanoconcrete was found to be 1.5~1.9 W/m°C, while that of conventional concrete was 2.4~2.5 W/m°C, suggesting a 20~40 % reduction in thermal conductivity for nanoconcrete compared to conventional concrete. Additionally, differential scanning calorimetry was used to measure heat exchange during heating. While conventional concrete absorbed heat only up to about 75 °C, nanoconcrete absorbed heat up to approximately 100 °C, indicating a higher heat absorption capacity compared to conventional concrete. This work demonstrates that the thermal conductivity decreased, and the heat absorption increased with increasing graphene oxide content. The work also proposes further research, including numerical analysis using molecular dynamic simulations and experimental analysis using improved hydrophilic surface functional groups.

역해석에 의한 열전도율 및 확산율 예측

나재정(Jae Jeong Na),이정민(Jung Min Lee),강경택(Kyung Taik Kang) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

본 논문에서는 미지의 두 열물성 값인 열전도율과 열확산율을 구하기 위하여 Levenberg-Marquardt 방법에 의한 역해석 기법을 도입하였다. 일차원 열전도 문제에 대하여 연산식을 유도하였으며, 시편에 대하여 두 지점의 온도 및 입력유동의 열유속 측정값을 적용하였다. 예측된 열전도율 및 열확산율은 알려진 그라파이트 시편에 대한 열물성 값과 비교하였으며 그 결과 본 논문에서 제시된 역해석 예측 기법 실험의 유효성이 파악되었다. The objective of this study is the estimation of the two unknown thermal conductivity and thermal diffusivity by an inverse heat conduction analysis using the Levenberg-Marguardt method. One dimensional formulation of heat conduction problem in the model was applied. Two point transient temperature of test pieces and heat flux of inflow were measured under the high enthalpy flow environment. Estimated thermal conductivity and thermal diffusivity by an inverse analysis were compared with the known values of graphite test piece. It showed the effectiveness of proposed experimental inverse analysis.

원전용 금속단열재의 내부 형상결정을 위한 설계인자 별 열전달 특성 분석

송기오(Ki O Song),유정호(Jeong Ho Yu),이태호(Tae Ho Lee),전현익(Hyun Ik Jeon),하승우(Seung Woo Ha),조선영(Sun Young Cho) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.11

일반적으로 산업현장에서 많이 사용되고 있는 단열재는 유리섬유와 같은 열전도도가 낮은 재료를 사용함으로써 단열성능을 확보하고 있다. 이와 달리 원전용 금속단열재의 경우 높은 열전도도를 가진 TP 304 스테인리스 박판을 재료로 한정하고 있어 단열성능을 확보하기 위해서는 구조적 측면에서의 접근이 필요하다. 본 연구에서는 금속단열재 내부구조에 대한 설계인자를 전도, 대류, 복사로 구성된 3가지 열전달 모드를 고려해 추출하고 각 인자들이 열전달에 미치는 영향과 각각의 열전달이 전체 열전달에 차지하는 비율을 열 유동해석을 이용하여 파악하고자 하였다. 본 연구를 통해 단열재 내부에서 발생되는 대류현상을 최소화하기 위해 다수의 박판을 삽입함과 동시에 증가하는 전도 비율을 비교하여 내부형상결정을 위한 세 가지 열전달 모드 하에서의 단열성능을 분석하였다. A heat insulating material used in the industrial site normally derives its heat insulating performance by using a low thermal conductivity material such as glass fiber. In case of the metal insulation for nuclear power plant, in contrast, only TP 304 stainless steel foil having high thermal conductivity is the only acceptable material. So, it is required to approach in structural aspect to ensure the insulation performance. In this study, the design factors related to the metal insulation internal structure were determined considering the three modes of heat transfer, i.e., conduction, convection, and radiation. The analysis of heat flow was used to understand the ratio of the heat transfer from each factor to the overall heat transfer from all the factors. Based on this study, in order to minimize the convection phenomenon caused by the internal insulation, a multiple foil was inserted in the insulation. The increase in the conduction heat transfer rate was compared, and the insulation performance under the three modes of heat transfer was analyzed in order to determine the internal geometry.

표층용 아스팔트 혼합물 두께에 따른 열전달 특성

이관호(Lee, Kwanho),김성겸(Kim, Seongkyum) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.4

일반적으로 아스팔트포장의 반복적인 하중과 열에 의한 파손이 주원인이며, 열에 의한 파손은 주변 환경과 재료적인 요인에 인해 결정되어진다. 이 중 재료적인 요인으로는 해당 혼합물의 공극률(Air Void), 밀도(Density), 열전도도(Thermal Conductivity) 등이 원인이다. 이에 본 연구는 아스팔트 혼합물의 열전달에 대한 연구를 진행하였으며, 이 중 아스팔트 포장 두께 변화에 따른 열전달 특성을 연구하였다. 연구에 사용된 샘플의 종류로는 일반적으로 사용되어지는 밀입도 아스팔트 혼합물 WC-2와 순환골재를 30% 치환 사용한 ReWC-2, 배수성 아스팔트 혼합물인 PA-13을 선회다짐기로 다짐 제작하였다. 샘플의 두께는 3, 5, 10 cm에 대하여 열누적 실험을 진행하였다. 10 cm 기준 열전도도는 WC-2는 1.27, PA-13는 0.91을 보였으며, 포장두께가 증가함에 따라 열전도도는 감소하는 경향을 나타냈다. 이러한 연구결과는 향후 아스팔트 포장의 열에너지 하베스팅에 유용한 기본 자료로 사용될 것이라 판단된다. Generally, the main causes of asphalt pavement damage are repeated loads and increased temperatures. The surrounding environment and material factors influence the degree of damage. In this study, the heat transfer characteristics with a change in the asphalt pavement thickness were analyzed. The sample types were the conventional dense asphalt mixture (WC-2), dense asphalt mixture containing 30% recycled aggregate (ReWC-2), and drainage asphalt mixture (PA-13). The mixtures were compacted using a rotary compactor. Thermal accumulation tests on samples with thicknesses of 3, 5, and 10 cm were performed. The values for the 10-cm-thick samples were 1.27 for WC-2, 1.28 for ReWC-2, and 0.91 for PA-13. The thermal conductivity tended to decrease as the pavement thickness increased. An experimental study on the heat transfer characteristics with varying thicknesses of asphalt pavement suitable for energy harvesting was conducted.

그라우트 종류와 열교환 파이프 단면에 따른 수직 밀폐형 지중열교환기의 지중 유효열전도도 평가

이철호(Lee, Chulho),박문서(Park, Moonseo),민선홍(Min, Sunhong),강신형(Kang, Shin-Hyung),최항석(Choi, Hangseok) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

본 연구에서는 수직 밀폐형 지중열교환기 뒤채움용 그라우트의 종류와 첨가재 종류, 지중열교환기 파이프 단면에 따른 지중열교환기의 성능을 비교 평가하기 위해 현장 시험 시공과 현장 열응답 시험을 수행하였다. 뒤채움용 그라우트재는 벤토나이트와 시멘트를 사용하였으며 첨가제로는 천연규사와 흑연을 적용하였다. 지중열교환기 파이프 단면은 일반적으로 시공되는 U-loop 파이프 단면과 파이프 사이의 열간섭 효과를 최소화 한 3공형 파이프 단면이 적용되었다. 시멘트-천연규사 그라우트재가 벤토나이트-천연규사 그라우트재 보다 큰 지중 유효열전도도를 보이고 흑연을 첨가한 그라우트는 시멘트와 벤토나이트 모두에서 천연규사만 첨가하였을 때 보다 지중 유효열전도도가 높게 나타났다. 3공형 파이프 단면의 경우 단면에 따른 영향을 비교하기 위해 그라우트는 시멘트-천연규사와 벤토나이트-천연규사를 사용하였으며 지중 유효열전도도 측정결과 각각 3.64 W/mK, 3.40 W/mK으로 일반 U-loop 파이프 단면을 사용하였을 때 보다 높게 나타났다.

Horner plot을 이용한 열응답 실험 해석

한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.4

지중열교환기 시스템의 열교환율은 지반의 유효열전도도와 큰 연관성을 나타내므로 열응답 실험과 그 해석방법은 경제적인 지열 히트펌프 시스템 설계를 위하여 매우 중요하다. 2회의 열응답 실험이 200m심도의 수직밀 폐형 지중열교환기에서 실시되었으며, 일반적인 라인소스 모델과 Horner plot 방법을 이용하여 지반의 열전도도를 계산하였다. 본 연구에서는 일반적인 선형열원 방정식과 순환펌프 가동에 의한 회복되는 순환수 온도 자료를 이용한 Horner plot 방법 적용, 그리고 순환펌프 중지 후 광섬유온도 센서를 이용한 회복되는 지반의 온도를 이용한 Horner plot 방법을 적용하였다. 일반적인 선형열원 방정식에 의한 지중열교환기공의 평균 유효열전도도는 2.75 W/m/K이며, 그리고 히터를 중지 시킨 후 순환펌프만 계속 가동시켜 회복되는 자료의 Horner plot 방법을 적용하여 계산된 유효열전도도가 2.87 W/m/K이다. 광섬유 센서 온도 측정법을 이용한 Horner plot 방법 적용에서는 2.88 W/m/K의 평균유효 열전도도와 심도별 유효열전도도를 나타내었으며, 코어의 평균 열전도도는 2.90 W/m/K이다. 3가지 TRT 해석 결과를 코어 열전도도와 비교한 결과 각 해석 방법들이 적절한 신뢰성을 가지는 것으로 판단되었다. 지중열교환기 시스템의 열교환율은 유효열전도도에 따라 크게 달라지므로 지반의 특성 및 목적에 가장 적합한 열응답 실험 및 해석 방법을 선택하여 유효열전도도를 계산하는 것이 경제적인 시스템 설계에 중요하다고 판단된다.