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초저온 냉각튜브 내 수소기체의 액체수소로의 상변환 분석
이대원,홍하이응우엔,소명기,나인욱,박동화,김교선,Lee, Dae-Won,Nguyen, Hoang Hai,So, Myeong-Ki,Nah, In-Wook,Park, Dong-Wha,Kim, Kyo-Seon 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.1
에너지 위기 시대를 맞이하여 수소에너지가 가장 가능성 있는 대체에너지 중의 하나로 고려되고 있다. 액체수소는 기체수소와 비교하여 단위 부피당 에너지 밀도가 월등히 높으며 수소에너지의 탁월한 저장 방법으로 간주되고 있다. 본 연구에서는 2 상 모델에 기초를 둔 Navier-Stokes 식을 전산유체역학 프로그램을 이용하여 풀었으며, 초저온 냉각 튜브를 통과하면서 기체수소가 액화되는 과정을 분석하였다. 열전도율이 높은 구리관을 초저온 냉각을 위한 관의 재질로 가정하였다. 기체수소의 유입속도를 5 cm/s, 10 cm/s, 20 cm/s로 변화시키면서 냉각튜브 내 유체 온도분포, 축방향 및 반경방향 유체 속도, 기체 및 액체 수소 부피분율 분포를 각각 분석하였다. 본 연구 결과는 향후 액체수소 제조를 위한 기체수소 초저온 냉각기의 설계 및 제작을 위한 기초자료로 활용이 될 것으로 기대된다. Under the era of energy crisis, hydrogen energy is considered as one of the most potential alternative energies. Liquid hydrogen has much higher energy density per unit volume than gas hydrogen and is counted as the excellent energy storage method. In this study, Navier-Stokes equations based on 2-phase model were solved by using a computational fluid dynamics program and the liquefaction process of gaseous hydrogen passing through a cryogenic cooling tube was analyzed. The copper with high thermal conductivity was assumed as the material for cryogenic cooling tube. For different inlet velocities of 5 m/s, 10 m/s and 20 m/s for hydrogen gas, the distributions of fluid temperature, axial and radial velocities, and volume fractions of gas and liquid hydrogens were compared. These research results are expected to be used as basic data for the future design and fabrication of cryogenic cooling tube to transform the hydrogen gas into liquid hydrogen.
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이대원,홍하이응우엔,나소노바안나,오인환,김교선 한국수소및신에너지학회 2015 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.26 No.4
We present a study of hydrogen liquefaction using the CFD (Computational Fluid Dynamics) program. Liquid hydrogen has been evaluated as the best storage method because of high energy per unit mass than gas hydrogen, but efficient hydrogen liquefaction and storage are needed in order to apply actual industrial. In this study, we use the CFD program that apply navier-stokes equation. A hydrogen is cooled by heat transfer with the while passing gas hydrogen through Cu tube. We change diameter and flow rate and observe a change of the temperature and flow rate of gas hydrogen passing through Cu tube. As a result of, less flow rate and larger diameter are confirmed that liquefaction is more well. Ultimately, When we simulate the hydrogen liquefaction by using CFD program, and find optimum results, it is expected to contribute to the more effective and economical aspects such as time and cost.
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