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고온 과열증기 운송용 이중관의 공급 유량 변화에 따른 열전달 특성
방유마(You Ma Bang),조종표(Chong Pyo Cho),김정근(Jeong Geun Kim),정용진(Yongjin Jung) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.11
고온 (700 ℃) 과열증기를 열손실을 줄이면서 공급 및 이용하기 위하여 과열증기 생산 장치와 이용시스템 간 온도 저하 특성을 확인할 필요가 있다. 이를 위하여 상용 프로그램 ANSYS CFX를 이용하여 과열증기 유동용 관과 공기 단열층으로 구성된 이중관을 해석하였다. 과열증기의 공급 유량은 1, 5, 10, 20 kg/h 그리고 실험 결과인 106.1 kg/h를 적용하였으며, 배출되는 과열증기 온도 변화를 확인하였다. 수치해석 결과를 실제 실험 결과와 비교하였을 때 단위길이 당 배출되는 과열증기 온도 감소율은 약 14.8 ℃/m 정도 차이가 발생하였다. 그 이유는 현재 실험에 사용된 이중관 형태와 전산해석에 사용된 형태(이중관 내 관 지지대 등)를 전부 구현하지 않았으며, 관 주변 공기 유동 등을 구현하지 않았다. 공급 유량이 증가할수록 단위길이 당 과열증기 온도 감소율이 저하 되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 이유는 과열증기 공급 유량이 증가하는 만큼 관내 과열증기 유속이 빨라지기 때문에 외부로 열전달 되는 시간이 줄어들게 되어 열전달 되기 전에 배출 되어 온도 감소폭이 작아지게 된다.
전기자동차용 부탄 연료 복합열원 히팅시스템의 열적 성능에 관한 수치적 연구
방유마(You-Ma Bang),서재형(Jae-Hyeong Seo),마헤쉬수레쉬파티르(Mahesh Suresh Pati),조종표(Chong-Pyo Cho),이무연(Moo-Yeon Lee) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.10
본 연구의 목적은 복합열원을 이용하는 전기자동차용 부탄 연소식 히팅 시스템의 열적 성능을 수치적으로 연구하는 것이다. 복합열원 히팅 시스템은 승차공간 난방을 목적으로 하는 공기 가열부와 배터리 열관리를 위한 냉각수 가열부로 구성되어 있으며, 각 열원별 열적 성능을 분석하기 위하여 상용 수치해석 프로그램인 ANSYS CFX를 이용하여 공기 및 냉각수 유량변화에 따른 각 열원별 토출 온도를 도출하고 난방 용량을 계산하였다. 수치해석을 통하여 도출된 각 열원별 토출 온도는 이론적으로 계산한 토출 온도와 비교하였고, 약 0.15% 이하의 오차를 나타내었다. 결론적으로 외부공기의 유량을 0.005, 0.01, 0.015 kg/s로 증가시킬 경우 승차공간으로 유입되는 공기 온도는 감소하였으며, 배터리 열관리용으로 배출되는 냉각수 온도는 증가하였다. 또한 냉각수 유량을 0.005, 0.01, 0.015 kg/s로 증가시킬 경우 토출되는 난방 공기와 냉각수 온도는 감소하였다. 더불어 배터리 열관리를 위한 최적의 냉각수 온도와 승차공간을 위한 높은 난방 용량을 만족하기 위한 공기 및 냉각수 유량 조건은 각 0.01 kg/s 와 0.015 kg/s로 나타났다. This study numerically investigates the thermal performance of a 2.0-kW butane-based combustion heating system for an electric vehicle under cold conditions. The system is used for cabin space heating and coolant-based battery thermal management. ANSYS CFX 17 software was used for parametric analysis. The mass flow rates of cold air and coolant were varied, and their effects were compared. The numerical results were validated with theoretical studies, which showed an error of 0.15%. As the outside air mass flow rates were increased to 0.005, 0.01, and 0.015 kg/s, the cabin supply air temperature decreased continuously while the coolant outlet temperature increased. When the coolant mass flow rates were increased to 0.005, 0.01 and 0.015 kg/s, the air temperature increased while the coolant outlet temperatures decreased. The optimal mass flow rates are discussed in a consideration of the requirements for high cabin heating capacity and efficient battery thermal management.
듀얼 냉동사이클을 이용하는 특수목적 자동차용 에어컨 시스템의 냉방성능에 관한 연구
서재형(Jae-Hyeong Seo),방유마(You-Ma Bang),이무연(Moo-Yeon Lee) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.4
본 연구의 목적은 열대 지방에서 사용되는 특수목적 자동차용 에어컨 시스템의 냉방성능 특성을 고찰하는 것이다. 이를 위하여 R-134a를 사용하는 듀얼 냉동사이클을 구성하였고 냉매량 및 실내온도를 변화시켜가면서 냉방성능을 비교하였다. 외기온도 40.0 ℃에서 듀얼 냉동사이클의 실내 냉각속도 및 압축비(토출압력) 등을 고려하여 최적 냉매량을 1.5kg으로 선정하였다. 실내온도가 증가할수록 냉방부하가 증가하여 25.0 ℃에서 32.5 ℃로 실내온도를 높일 경우 15.0 ℃에 도달하는데 걸리는 시간은 86.5% 증가하였고, 32.5 ℃에서 40.0 ℃로 증가할 경우 38.1% 증가하였다. 또한, 실내온도가 25.0 ℃에서 40.0 ℃로 증가할수록 냉방용량은 19.1 ㎾에서 20.5 ㎾로 7.3% 증가했으나 냉방성능(COP)는 4.67에서 5.1로 7.0%감소하였다. The objective of this study is to investigate the cooling performance of an air-conditioning system for a special purpose vehicle under tropical and severe weather conditions. In order to evaluate and compare the cooling performances, the dual refrigeration cycle using R-134a was tested on a special purpose vehicle with various refrigerant charge amounts and indoor temperatures. The cycle was tested considering indoor cooling speed and compression ratio (discharge pressure), and was optimized at the refrigerant charge amount of 1.5 kg and outdoor temperature of 40.0 ℃. The time to reach indoor temperature of 15.0 ℃ increased by 86.5% and 38.1%, at the indoor temperatures from 25.0 ℃ to 32.5 ℃ and from 32.5 ℃ to 40.0 ℃, respectively. In addition, with the increase in indoor temperature from 25.0 ℃ to 40.0 ℃, the cooling capacity increased by 7.3%, from 19.1 ㎾ to 20.5 ㎾, but decreased by 7.0% from 4.67 to 5.1.
R-134a를 적용한 차량 냉방 시스템의 성능특성에 관한 실험적 연구
서재형(Jae-Hyeong Seo),방유마(You-Ma Bang),이무연(Moo-Yeon Lee) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회 학술대회 Vol.2015 No.1
본 연구에서는 R-134a 듀얼 냉동 사이클을 적용한 차량 냉방 시스템의 성능특성을 실험적으로 연구하였다. 실험 조건으로는 실내외 초기온도는 40 oC로 설정하였으며 냉매 봉입량을 1.3 kg, 1.5 kg, 1.7 kg으로 변화하여 냉방성능을 분석하였다. 냉매 봉입량을 1.3 kg에서 1.7 kg으로 증가할수록 증발공간의 공기온도가 15 oC에 도달하는데 걸리는 시간은 28.9% 더 증가하였고, COP는 냉매 봉입량이 1.3 kg에서 1.7 kg으로 증가할수록 9.6% 감소하였다. 결론적으로 냉매 봉입량이 증가함에 따라 냉방공간의 온도저하 속도는 저하되었고 냉방용량 및 COP은 감소하였으며 냉동 사이클의 최대 냉방성능을 도출하는 최적 냉매 봉입량이 존재함을 알 수 있었다.