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다성분 나노유체의 열 및 물질전달 촉진 모델개발
이 보고서는 한국연구재단(NRF, National Research Foundation of Korea)이 지원한 연구과제( 다성분 나노유체의 열 및 물질전달 촉진 모델개발 | 2006 년 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 강용태(경희대학교& #40;국제캠퍼스& #41;) ) 연구결과물 로 제출된 자료입니다.
한국연구재단 인문사회연구지원사업을 통해 연구비를 지원받은 연구자는 연구기간 종료 후 6개월 이내에 결과보고서를 제출하여야 합니다.(*사업유형에 따라 결과보고서 제출 시기가 다를 수 있음.)
  • 연구자가 한국연구재단 연구지원시스템에 직접 입력한 정보입니다.
연구과제번호 D00190
선정년도 2006 년
과제진행현황 종료
제출상태 재단승인
등록완료일 2008년 02월 26일
연차구분 결과보고
결과보고년도 2008년
결과보고시 연구요약문
  • 국문
  • 연구목적 : 나노 기술의 적용을 통한 작동유체의 열 및 물질전달 성능 촉진
    1. 다성분 나노유체의 물질전달 성능 향상.
    -다성분나노유체 : 다성분모유체(흡수식 작동유체, 냉매/오일 등)+나노입자
    -NH3/H2O 이성분 나노유체에서 암모니아 기포 흡수 공정 중 물질전달 향상 효과 목격.
    -이성분 나노유체에서의 물질전달 향상에 대한 명확한 메커니즘은 아직 규명이 되지 않음.
    2. 다성분 나노유체의 열 및 물질전달 성능 향상.
    -나노입자에 의한 열전달 성능 향상과 물질전달 성능 향상의 시너지 효과에 의하여 흡수 공정에서 동시에 발생하는 열 및 물질전달 성능이 현저히 향상

    연구내용
    1. 다성분 나노유체에서의 분산안정도 가시화
    (H2O/LiBr, NH3/H2O, 냉매/오일 +나노입자)
    2. 다성분 나노유체를 이용한 열 및 전달 촉진 실험
    3. 다성분 나노유체에서의 열 및 물질전달 촉진 메커니즘 제시

    연구결과

    I. 이성분 나노유체의 분산안정도 가시화

    1. 이성분 나노유체의 분산안정성 가시화를 통해 이성분 유체의 농도 및 나노입자의 농도에 따른 침전 높이를 측정하여 상대적인 분산안정성을 비교하였음.
    2. 금속계 이성분 나노유체일 경우 소량의 전해질을 만나도 매우 빠른 응집현상을 보이는 것을 확인하였음.
    3. Cu, CuO와 같은 전위원소 또는 그 화합물은 암모니아와 반응하여 배위결합을 통해 푸른빛을 띠는 사암민구리를 형성하였음.


    II. 이성분 나노유체의 열 물성 측정실험

    1. 이성분 나노유체의 점도 측정

    ■ 분산안정성의 문제로 인해 정확한 데이터 값을 찾았다고 보기는 힘들지만 나노입자의 농도가 증가함에 따라 점도가 증가하는 경향을 알 수 있었음.
    ■ 향후 이성분 나노유체의 열 및 물질전달에 대한 메커니즘을 명백히 밝히기 위해서는 보다 정확한 이성분 나노유체의 열 물성 측정연구가 행해져야 할 것임.

    2. 이성분 나노유체의 열전도도 측정

    ■ 나노입자를 첨가하지 않은 H2O/LiBr 이성분 모유체의 경우 EES 프로그램을 통해 구한 물성치 값이나 다른 문헌 값 매우 흡사한 결과를 나타냄.
    ■ 입자의 농도가 높아질수록 열전도도의 값이 증가할 것으로 예상했으나 실험결과에서는 그러한 경향을 보이지 않았음.
    ■ CNT입자의 경우 데이터의 오류들로 인해 일정한 저항값을 산출하지 못하였음.
    ■ 실험결과 값이 예상과 다르게 나타난 것은 전기회로별로 측정하는 과정 중 용액에 분산된 입자들이 침전하면서 정확한 데이터를 취합하지 못하여 생긴 결과로 사료됨.
    ■ MIT에서 사용되는 입자와 모유체(물, 오일, 에틸렌)에 대한 보정값을 사용하였기 때문에 정확한 측정결과를 얻을 수 없었음.

    III. 다성분 나노유체(NH3/H2O+나노입자)의 열 및 물질전달 촉진 실험

    ■ 흡수가 시작되는 시점으로부터 표면온도는 급격히 상승하였고 각각의 경우 최고 온도에 도달한 후 표면온도는 감소함을 보임.
    ■ 표면 최고온도와 그 온도에 도달할 때까지의 시간으로 상대적인 흡수율 비교가 가능함.
    ■ 나노입자의 농도가 높을수록 열 및 물질전달 향상은 증가됨.
    ■ CNT 나노입자의 농도가 0.001 wt%인 이성분 나노유체의 열 및 물질전달 향상 효과가 가장 큼.
    ■ CNT 나노입자 농도 0.001 wt%에서 나노입자를 첨가하지 않은 용액에 비해 흡수율 20% 증가.
    ■ CNT 나노입자 농도 0.001 wt%에서 나노입자를 첨가하지 않은 용액에 비해 열전달율 29.4% 증가.
    ■ 나노유체에 관한 열전달 메커니즘은 연구되어 왔지만 다성분 나노유체에 대한 열 및 물질전달 메커니즘은 지금까지 연구되지 않은 부분임. 나노유체의 열 및 물질전달 향상에 관한 기초연구로서 향후 나노유체의 열 및 물질전달 메커니즘에 관한 연구에 상당한 기여를 할 수 있으리라 사료됨.

  • 영문
  • Objectives : Enhancement of heat and mass transfer performance of multi-component nanofluids

    1. Mass transfer enhancement of multi-component nanofluids
    - Multi-component nanofluids : Multi-component base fluid (Working fluid of absorption system, refrigerant/oil etc)+nano particles
    - NH3/H2O binary nanofluid : Mass transfer enhancement in bubble absorpion mode
    - No general model for mass transfer enhancement
    2. Heat and mass transfer enhancement for multi-component nanofluids
    -Synergetic effect of absorption performance by the combined heat and mass trasfer enhancment

    Research topic
    1. Visualization of distribution stability for multi-component nanofluids
    2. Heat and mass transfer experiment for multi-component nanofluids
    3. Heat and mass transfer enhancement models

    Results
    1. Visualization of distribution stability for multi-component nanofluids
    - Visualization results for NH3/H2O+nanoparticles
    2. Thermal property measurement
    - Thermal conductivity
    - Viscosity
    3. Heat and mass transfer experiment for multi-component nanofluids
    - Best candidate : NH3/H2O+CNT 0.001wt %
    - Absorption performance : 20% enhancement
    - Heat transfer performance : 29.4% enhancement


연구결과보고서
  • 초록
  • 연구목적 : 나노 기술의 적용을 통한 작동유체의 열 및 물질전달 성능 향상 기술.
    ■ 다성분 나노유체의 물질전달 성능 향상.
    -다성분나노유체 : 다성분모유체(흡수식 작동유체, 냉매/오일 등)+나노입자
    -NH3/H2O 이성분 나노유체에서 암모니아 기포 흡수 공정 중 물질전달 향상 효과 목격.
    -이성분 나노유체에서의 물질전달 향상에 대한 명확한 메커니즘은 아직 규명이 되지 않음.
    ■ 다성분 나노유체의 열 및 물질전달 성능 향상.
    -나노입자에 의한 열전달 성능 향상과 물질전달 성능 향상의 시너지 효과에 의하여 흡수 공정에서 동시에 발생하는 열 및 물질전달 성능이 현저히 향상될 것으로 기대됨.

    연구내용
    1. 다성분 나노유체에서의 분산안정도 가시화
    (H2O/LiBr, NH3/H2O, 냉매/오일 +나노입자)
    2. 다성분 나노유체를 이용한 열 및 전달 촉진 실험
    3. 다성분 나노유체에서의 열 및 물질전달 촉진 메커니즘 제시
  • 연구결과 및 활용방안
  • 가. 연구결과

    I. 이성분 나노유체의 분산안정도 가시화

    1. 이성분 나노유체의 분산안정성 가시화를 통해 이성분 유체의 농도 및 나노입자의 농도에 따른 침전 높이를 측정하여 상대적인 분산안정성을 비교하였음.
    2. 금속계 이성분 나노유체일 경우 소량의 전해질을 만나도 매우 빠른 응집현상을 보이는 것을 확인하였음.
    3. Cu, CuO와 같은 전위원소 또는 그 화합물은 암모니아와 반응하여 배위결합을 통해 푸른빛을 띠는 사암민구리를 형성하였음.


    II. 이성분 나노유체의 열 물성 측정실험

    1. 이성분 나노유체의 점도 측정

    ■ 분산안정성의 문제로 인해 정확한 데이터 값을 찾았다고 보기는 힘들지만 나노입자의 농도가 증가함에 따라 점도가 증가하는 경향을 알 수 있었음.
    ■ 향후 이성분 나노유체의 열 및 물질전달에 대한 메커니즘을 명백히 밝히기 위해서는 보다 정확한 이성분 나노유체의 열 물성 측정연구가 행해져야 할 것임.

    2. 이성분 나노유체의 열전도도 측정

    ■ 나노입자를 첨가하지 않은 H2O/LiBr 이성분 모유체의 경우 EES 프로그램을 통해 구한 물성치 값이나 다른 문헌 값 매우 흡사한 결과를 나타냄.
    ■ 입자의 농도가 높아질수록 열전도도의 값이 증가할 것으로 예상했으나 실험결과에서는 그러한 경향을 보이지 않았음.
    ■ CNT입자의 경우 데이터의 오류들로 인해 일정한 저항값을 산출하지 못하였음.
    ■ 실험결과 값이 예상과 다르게 나타난 것은 전기회로별로 측정하는 과정 중 용액에 분산된 입자들이 침전하면서 정확한 데이터를 취합하지 못하여 생긴 결과로 사료됨.
    ■ MIT에서 사용되는 입자와 모유체(물, 오일, 에틸렌)에 대한 보정값을 사용하였기 때문에 정확한 측정결과를 얻을 수 없었음.

    III. 다성분 나노유체(NH3/H2O+나노입자)의 열 및 물질전달 촉진 실험

    ■ 흡수가 시작되는 시점으로부터 표면온도는 급격히 상승하였고 각각의 경우 최고 온도에 도달한 후 표면온도는 감소함을 보임.
    ■ 표면 최고온도와 그 온도에 도달할 때까지의 시간으로 상대적인 흡수율 비교가 가능함.
    ■ 나노입자의 농도가 높을수록 열 및 물질전달 향상은 증가됨.
    ■ CNT 나노입자의 농도가 0.001 wt%인 이성분 나노유체의 열 및 물질전달 향상 효과가 가장 큼.
    ■ CNT 나노입자 농도 0.001 wt%에서 나노입자를 첨가하지 않은 용액에 비해 흡수율 20% 증가.
    ■ CNT 나노입자 농도 0.001 wt%에서 나노입자를 첨가하지 않은 용액에 비해 열전달율 29.4% 증가.
    ■ 나노유체에 관한 열전달 메커니즘은 연구되어 왔지만 다성분 나노유체에 대한 열 및 물질전달 메커니즘은 지금까지 연구되지 않은 부분임. 나노유체의 열 및 물질전달 향상에 관한 기초연구로서 향후 나노유체의 열 및 물질전달 메커니즘에 관한 연구에 상당한 기여를 할 수 있으리라 사료됨.

    나. 활용방안
    1. 학문/기술적측면
    -다성분 나노유체 제조에 이용
    -미립자 분산계를 이용한 신물질 합성에 이용
    -나노유체를 이용한 Microwave heating에 적용
    -열교환기 크기의 획기적 감소
    -나노스케일에서의 열 및 물질전달 이론 전개 및 기초 이론 확립
    2. 산업적 측면
    -초소형 열교환기 설계
    -고온열기기의 냉각장치 설계에 적용
    -마이크로 장치의 냉각 시스템 : 다성분 나노유체 (브라인 + 나노입자)
    -냉매/오일 및 흡수식 냉방시스템의 작동 유체로 활용가능
  • 색인어
  • 다성분나노유체, 분산안정도 가시화, 물질전달 성능 향상, 열전달 성능향상, H2O/LiBr, NH3/H2O, 냉매/오일 +나노입자
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