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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10011134&local_id=10016221
다성분 나노유체의 열 및 물질전달 촉진 모델개발
Reports NRF is supported by Research Projects( 다성분 나노유체의 열 및 물질전달 촉진 모델개발 | 2006 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 강용태(경희대학교(국제캠퍼스)) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00190
Year(selected) 2006 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2008년 02월 26일
Year type 결과보고
Year(final report) 2008년
Research Summary
  • Korean
  • 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.

  • English
  • 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


Research result report
  • Abstract
  • 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
  • Research result and Utilization method
  • 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
  • Index terms
  • 다성분나노유체, 분산안정도 가시화, 물질전달 성능 향상, 열전달 성능향상, H2O/LiBr, NH3/H2O, 냉매/오일 +나노입자
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