역전파 신경망 기반 사이클론 분급기의 미세입자 분급 특성 및 설계 조건 도출에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 사이클론 분급기의 기하학적 설계 변수와 운전 조건을 최적화하여 고니켈계 리튬 이온 전지의 고율 성능 향상에 필수적인 1-5 μm 미세 양극재 확보를 목표로 한다. 절단 입경, 압력 강하, 분급 정밀도 간의 상충 관계를 평가하기 위해 역가중합 성능 지표를 도입하였다. 입구 유속 분석 결과, Vin = 15 m/s 조건에서 역가중합 성능 지표 1.01로 가장 우수한 균형 성능을 확보하는 것으로 나타났다. 입구 유속 Vin = 15 m/s 조건에서, CFD 기반 데이터셋을 활용하여 BPNN 기반 성능 예측 모델을 구축하였고, 형상에 따른 분급 성능을 예측하였다. 학습된 예측 모델은 상관 계수 R = 0.981, 예측 오차 5% 이내로 높은 정확도를 확보하였다. 반응 표면 분석 결과, 선회류 출구 직경, 하단 배출구 직경은 절단 입경 및 압력 강하를 지배하는 주요 변수로 확인 되었으며, 선회류 출구 길이는 상호작용에 의해 영향을 받는 보조 변수로 작용하였다. BPNN기반 예측된 설계점 중 BPM-2는 역가중합 성능 지표 0.91로 가중 우수한 성능을 보였으며, 임계 입경은 목표 미세 입자 범위를 만족하였다. 또한 BPM-2는 기준 형상 대비 절단 입경 25.86% 감소, 압력 강하 증가를 13.48%로 제한하여 성능 향상과 운전 비용 간의 우수한 균형을 갖춘 설계점임을 확인하였다. 본 연구는 CFD-BPNN 통합 프레임워크를 통해 미세입자 분급 조건 도출하며, 고니켈 양극재 전처리를 위한 사이클론 기반 최적 설계 지침을 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론
• 1.1 연구 배경
• 1.2 연구 목적
• 2. 이론식
• 3. 실험 장비 및 실험 방법
• 4. 수치해석
• 4.1 사이클론 분급기 형상
• 4.2 격자 생성 및 격자 독립성 검사
• 4.3 지배방정식
• 4.4 수치해석 기법 및 경계 조건
• 4.5 수치해석 검증
• 5. BPNN 기반 성능 예측 모델 개발
• 5.1 BPNN 학습 데이터셋 구축
• 5.2 BPNN 학습 및 검증 방법
• 6. 결과
• 6.1 입구 유속이 유동장 및 분급 성능에 미치는 영향
• 6.1.1 입구 유속 변화에 따른 사이클론 내부 유동 특성 비교
• 6.1.2 입구 유속 변화에 따른 입자 거동 및 성능 평가
• 6.2 BPNN 기반 사이클론 분급기 설계 변수 영향 분석 및 성능 평가
• 6.2.1 BPNN 예측 모델의 성능 검증 및 정확도 평가
• 6.2.2 형상 변수 변화에 따른 반응 표면 기반 성능 영향 분석
• 6.2.3 BPNN 예측 결과 기반 대표 설계 모델 및 검증 결과
• 6.2.4 형상 변화에 따른 사이클론 내부 유동 특성 비교
• 6.2.5 형상 변화에 따른 입자 거동 및 성능 평가
• 7.결론
• Reference
• Abstract