전산유체역학(CFD)을 이용한 펠릿보일러 전열면의 열 유동 특성 분석

어승희 ( S H Euh ),오재헌 ( J H Oh ),김대현 ( D H Kim ) 강원대학교 농업생명과학연구원(구 농업과학연구소) 2013 강원 농업생명환경연구 Vol.25 No.1

연관의 직경(간격), baffle의 형상·조합·유무 등에 따른 연소 가스 및 열매체의 열적 유동 특성에 대한 비교 및 분석이 수행되었다. 연소 가스의 입구 유속이 3.5m/s이고, 열매체의 입구 유속이 0.05m/s인 조건에서, baffle이 포함된 연관 내부를 통과하는 연소 가스는 spring과 최초 접촉하는 시점에서 접촉 전 대비 약 8.5m/s 이상 상승한 후, spring을 따라 반시계 방향으로 회전하면서 약 15m/s의 속도로 통과되었으며, 2nd Pass 내부의 buffle-plate 끝단에서는 통과 전 대비 최대 유속이 약 9.7m/s 이상 상승되는 것으로 분석되었다. 이는 baffle이 포함되지 않은 조건의 연소 가스 유속 대비 약 7.2m/s 높은 최대 유속을 갖는 것으로, baffle에 의한 단면적 감소 및 난류 형성에 의한 유속 증가가 발생된 것으로 판단된다. 연관 직경 변화에 따른 효율 변화를 살펴보면, spring pitch가 38mm, 28mm, 48mm로 일정하게 유지되는 경우에 대해 각각 약 0.82%, 약 1.42%, 약 3.65%의 편차를 나타내었고, spring의 pitch 변화에 다른 효율 변화를 살펴보면, 연관의 직경이 42mm, 32mm, 52mm로 일정하게 유지되는 경우에 대해 각각 약 8.03%, 약 4.44%, 3.21%의 편차를 나타내었다. 이를 통해, 연관의 직경 변화에 따른 효율의 편차는 spring의 pitch 변화에 따른 효율 편차 대비 낮게 나타난 것을 확인할 수 있으며, 이는 연관의 직경변화에 따른 연소 가스의 유속 변화에 따른 대류열전달 계수의 상승효과에 의해 spring pitch의 변화에 따른 연소 가스의 turbulent 강도 변화에 따른 대류열전달계수의 상승효과가 크게 작용한 것으로 판단된다. 또한, spring length가 503.1mm에서 553.1mm로 증가한 경우, 기존 조건 대비 보일러 효율이 약 2.23% 감소되는 것으로 나타났으며, baffle이 포함되지 않는 경우, 기존 조건 대비 보일러 효율이 약 15.27% 감소되는 것으로 나타났다. 이는 baffle의 길이 상승에 따른 연소 가스의 turbulent flow를 가속화시킴으로 인해 대류열전달계수가 점차 감소하게 되어 열전달율의 감소에 기인한 것으로 판단되며, baffle이 없는 경우는 이와 반대로 laminar flow로 유지됨으로 인해 turbulent flow의 대류열전달계수 대비 작은 값으로 유지되면서, 열전달율의 감소로 이어진 것으로 사료된다. 향후, 연관 5쌍, 버너 및 연소로(1st Pass), 온수용 열교 환기 등을 포함하는 펠릿보일러 전체 시스템에 대한 종합적 분석이 요구되고, 나아가 heat load를 설정하여, 실제 현장에 적용된 경우의 작동 효율에 대한 종합적 분석이 필요하다. This paper reports Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation on thermal flow of a fire tube in a pellet boiler. A model has been developed to predict the thermal behavior of gas and water in a pellet boiler by using the conservation of mass, momentum and energy equation. Convective heat transfer between the gas and water was calculated and numerical analysis was performed using Fluent CFD code. The effects of the operating parameters such as inlet air temperature and velocity, combustion gas, and baffle shapes on the performance of the fire tube in a pellet boiler have been investigated. The results showed that the thermal efficiency of the pellet boiler was predicted to improve in terms of the shape or length of baffle and the flow rate of combustion gas.

강원대학교 내 PV 모듈 설치를 위한 적정부지 선정 및 연간에너지 생산량 예측

어승희 ( S H Euh ),오광철 ( K C Oh ),주영민 ( Y M Joo ),김대현 ( D H Kim ) 강원대학교 농업생명과학연구원(구 농업과학연구소) 2013 강원 농업생명환경연구 Vol.25 No.2

농업생명과학대학 2호관은 박공지붕으로 인한 가대의 설치가 제외되어 투자회수 기간이 3.22년으로 산출되었고, 여타 대학은 평지붕의 가대 설치비가 포함되어, 투자 회수기간이 3.6년으로 나타났다. PV 모듈의 설치 수명이 25-30년임을 고려할 때 시설 투자가 적합한 것으로 판단 된다. 향후, 각 건물의 옥상 외에도 대운동장, 의과대학운동장, 학군단운동장 관중석 등의 지붕 상단의 설치, 태양광발전 가로등 설치, 고층 건물(60주년기념관, BTL) 및 고지대에 위치한 건물에 BIPV 설치, 차량출입관리소(정문, 후문, 동문) 지붕 상단 설치, 산책로 주변 설치, 주차장 지붕 설치 등이 고려되어 PV 모듈의 미이용 공간의 활용에 대한 다각적 검토가 요구되고, 더불어 여타 신재생에너지 이용 시스템의 적용 가능성 연구 또한 필요한 것으로 판단된다. Rising oil prices and greenhouse gas emissions have led to exploring of renewable energy. Solar energy has been identified as one of the most dominant sources of energy alternating fossil fuels. Energy consumption and greenhouse gas emissions from the universities in Korea have been increased gradually so that reduction of both is being required by using renewable energy systems. The annual energy yield prediction and suitable area investigation for installing PV module was performed in Kangwon National University (KNU). Based on the study results, College of Agriculture and Life Sciences 2 in KNU has a inclined rooftop with the angle of 33° facing south which is suitable for installing PV modules without frames. Investment payback period was calculated as 3.22 years. Other buildings has a flat roof, so investment payback period was computed as 3.60 years. Furthermore, multilateral study in terms of the unused spaces and an application validity of other renewable energy systems needs to be performed.

태양광열 복합 시스템의 전기 및 열 성능 분석

어승희 ( S. H. Euh ),이정빈 ( J. B. Lee ),최윤성 ( Y. S. Choi ),김대현 ( D. H. Kim ) 강원대학교 농업생명과학연구원(구 농업과학연구소) 2011 강원 농업생명환경연구 Vol.23 No.3

A photovoltaic/thermal (PVT) solar system is the technology that allows for simultaneous conversion of solar energy into both electricity and heat. PVT system consisted of PV module and thermal absorber plate unified has advantages of improving both the electrical and thermal performances, increasing aesthetic views, and reducing the space and material cost as compared to the separated PV module and solar thermal systems being placed side by side. In this study, the performance analysis of the PVT system was conducted. The maximum power generated was approximately 240W which was similar to the PV module specification, and the highest working fluid (water) temperature in the storage tank was 67℃ which was lower than the solar thermal system specification given due to blocking direct solar radiation to the absorber plate by PV module. The further investigation such as performance analysis compared with the separated PV module and solar thermal systems regarding power, flow rate of working fluid, packing factor needs to be performed.

리튬브로마이드(LiBr) 수용액을 활용한 온실 제습을 위한 연구

어승희 ( S. H. Euh ),이정빈 ( J. B. Lee ),우종철 ( J. C. Woo ),강상묵 ( S. M. Kang ),김대현 ( D. H. Kim ) 강원대학교 농업생명과학연구원(구 농업과학연구소) 2012 강원 농업생명환경연구 Vol.24 No.2

Due to high temperature and humidity, usually greenhouses are not operated in summer season in Korea. Several methods are being applied to reduce temperature inside of the greenhouses, such as fog cooling and evaporative cooling pad, however those techniques cause increment of humidity as well leading lower crop productivity. In order to overcome this problem, preliminary experiment of dehumidification for the greenhouse was performed using Lithium-bromide(LiBr) solution as the dehumidifying materials. By passing through LiBr-moistened pad, the moisture in the ambient air is absorbed partially into the LiBr solution so that cooled air with suitable humidity for crops can be supplied into the greenhouses. For this test, two different pad types, ``Soundproof pad`` and the ``Loofah pad``, were used. At the test using the two different pad types, the deviation between inlet and outlet relative humidity (RH) was approximately 15% for both pad types. At the test in terms of wind speed change, RH deviation between inlet and outlet were 14.7% in case of 1.79 m/s and 16.1% in 0.89 m/s respectively. From these results, the air flow rate and the pad thickness were the dominant factors for absorbing water into the LiBr solution. The dehumidification system combined with evaporative cooling pad needs to be investigated for further study.

CFD를 이용한 펠릿보일러 연관 내부의 열유동 분석

어승희 ( S. H. Euh ),오재헌 ( J. H. Oh ),김대현 ( D. H. Kim ) 한국농업기계학회 2012 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.17 No.2

목재펠릿보일러 화격자 상 노즐형 버너핀의 적용에 따른 열효율 비교분석

김대현 ( Kim,D. H. ),김민준 ( M. J. Kim ),정인선 ( I. S. Jeong ),조라훈 ( L. H. Cho ),이충건 ( C. G. Lee ),김운환 ( W. H. Kim ),어승희 ( S. H. Euh ) 강원대학교 농업생명과학연구원(구 농업과학연구소) 2018 강원 농업생명환경연구 Vol.30 No.3

The main objective of this study was to improve the wood pellet boiler and overcome inefficient air supply to the grate in the combustion chamber. Nozzle-type burner pins were attached to the grate to increase the contact area between the solid fuel (pellets) in the grate and the supplied air. In order to verify the increase in thermal efficiency due to the nozzle-type burner pins, comparative experiments were conducted using the same two wood pellet boilers. Two hours of experiments were conducted under the same external conditions (amount of oxidizer, load, ambient temperature, and pellet consumption). The results showed that the combustion characteristics of the flue gas from the boiler with burner pins were improved compared to those of the conventional boiler: the carbon dioxide content was increased, and the thermal efficiency was increased by 2.51%. The contact area between the wood pellets in the grate and the air supply was increased by the nozzle-type burner pins; hence, this boiler showed an improved combustion performance compared to that of the conventional burner system.

태양열 집광형 집열기의 시뮬레이션 및 모델 검증

김대현 ( D. H. Kim ),이귀현 ( G. H. Lee ),어승희 ( S. H. Euh ) 한국농업기계학회 2010 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.15 No.1