탄소 복합소재 코팅 표면의 Falling film type 증발 열전달 특성 연구 :A study on the Falling Film type Evaporative Heat transfer Characteristics of Carbon composite surface coating

최원석

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최원석 (전북대학교, 전북대학교 일반대학원)

지도교수: 박찬우

발행연도: 2014

저작권: 전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

탄소 복합소재 코팅 표면의 Falling film type 증발 열전달 특성 연구

최원석 기계설계학(기계설계학) 2014.01 학위논문

2013

탄소나노튜브 복합 소재 코팅을 이용한 falling film type 증발 열전달 촉진에 관한 연구

최원석 , 배성우 , 권오경 외 1명 대한설비공학회 학술발표대회논문집 2013.11 학술대회자료

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유하액막식 시스템의 열 및 물질전달 과정은 물의 잠열을 이용하여 효과적인 냉각성능을 발휘 할 수 있기 때문에 냉각탑, 증발식 냉각기, 흡수식 냉동기, 흡착식 냉동기, 증류공정 등 여러 가지 기술 분야에서 응용되고 있다. 현재 이러한 열시스템은 열전달 성능의 향상뿐만 아니라 친환경적인 구동과 소비전력의 절감을 함께 요구받고 있다. 특히, 재생 증발식 냉방시스템은 선풍기 정도의 전력소비로 우리나라와 같이 고온 다습한 기후에서도 25℃ 이하의 공기를 공급할 수 있으며， 프레온과 같이 환경적인 악영향을 끼치는 냉매가 필요 없고 실외기가 필요 없는 등의 장점을 가지고 있다. 유하액막식 시스템의 열전달 향상을 위해서는 물과 고체 표면의 친수성이 중요한 인자로서 젖음율의 향상은 증발냉각 성능의 향상으로 직결된다. 단순히 물의 유량을 증가시키는 방법은 불필요한 순환 유량의 증가를 야기하기 때문에 습표면의 두께가 두꺼워져서 열 저항이 커지고, 구동에너지 소모만 증가하게 된다. 따라서 유하액막식의 냉각성능을 위해서는 젖음성의 향상시키는 방법으로 고체의 표면처리를 통한 접촉각의 감소 와 액체에 계면활성제를 첨가시켜 고체 표면과의 친수성을 향상시키는 방법들이 있다. 이에 본 연구에서는 유하액막식 증발기 전열관에 적용할 수 있도록 기존의 나노입자를 대신하여 열전달 효과가 높은 탄소나노튜브(carbon nanotubes, CNT)와 젖음율 향상을 위한 TiO2를 함께 전열관의 재료인 Cu plate에 소결 코팅하여 증발 열전달 실험을 통하여 열전달 계수의 변화를 파악하고자 한다.

The heat and mass transfer of falling film systems takes advantage of the latent heat of water in order to achieve effective cooling performance. Due to this, the process is being applied in cooling towers, evaporative cooler, absorption chillers, distillation processes, and several other techniques. Besides the improvement of heat transfer performance, environment-friendly operation and reduced power consumption are currently demanded from these thermal systems. In particular, while regenerative evaporative cooling systems can supply air with temperatures below 25°C in the hot and humid climate through fan power consumption like in Korea, they have the advantage of not requiring the use of Freon refrigerants, which adversely affect the environment, and of not requiring the installment of outdoor units. For the improvement of the heat transfer performance of falling film systems, the hydrophilicity of the heat transfer surfaces with water is an important factor. The performance enhancement of evaporative cooling is directly related to wetting improvement. An unnecessary increase of the circulation flow rate will lead to the increase of the wet surface thickness and thereby cause the heat resistance to increase as well. So, the method of simply increasing the flow rate of water will only increase the operation energy consumption. Therefore for the falling film cooling performance, the methods of improving the wettability of the solid surface through the reduction of contact angle by surface treatment and through the improvement of surface hydrophilicity by the addition of addition of liquid surfactant are used. In this study, instead of using conventional nanoparticles, carbon nanotubes (CNT) that has high heat transfer effectiveness and TiO2 that has good wettability were used and were sintered on the surfaces of Cu plate specimens. Evaporation heat transfer experiments were conducted on the coated Cu plates and the changes of the heat transfer coefficients were analyzed. This surface treatment method can then be applied on the heating tubes of falling film evaporators.

#유하액막 #탄소나노튜브 #이산화티타늄 #증발 열전달

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 목적 1
제 2 장 이론적인 배경 3
2.1 탄소나노튜브(CNT) 3
2.2 이산화티타늄(TiO2) 6
2.3 유하액막식 시스템 9
제 3 장 실험 장치 및 방법 11
3.1 CNT/Cu 복합분말 및 코팅 시편 제작 11
3.2 TiO2/CNT/Cu 복합 분말 제작 13
3.3 실험장치 15
3.4 실험방법 20
제 4 장 실험결과 및 고찰 21
4.1 CNT/Cu 복합 분말 및 코팅 시편 분석 21
4.1.1 CNT 분말 분석 21
4.1.2 CNT/Cu 코팅 시편 분석 22
4.1.3 CNT 함유량에 따른 코팅 시편 분석 24
4.1.4 CNT 함유량에 따른 코팅 시편 접촉각 분석 27
4.2 시편에 따른 증발 열전달 실험결과 29
제 5 장 맺 음 말 38
참 고 문 헌 40

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