잠열 열에너지 저장(LHTES) 시스템에서 상변화 물질(PCM)에 지느러미(fin)를 추가하는 것은 열 성능을 향상시키고 에너지 저장 효율을 유의미하게 개선하기 위해 널리 사용되는 기법이다. 본 연구는 LHTES의 쉘-앤-튜브(shell-and-tube) 구조 내에서의 열전달을 조사하기 위한 2차원 수치 모델에 초점을 둔다. 핀 부피가 일정하게 유지되는 조건에서 지느러미의 개수와 지느러미 높이의 다양한 조합을 탐색하여 용융 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 이후 가장 효과적인 지느러미 구성을 도출하기 위해 위상 최적화(topology optimization) 기법을 개발하였다. 최적화된 지느러미는 수지상(dendritic) 분포를 보였으며, 열전달 성능 측면에서 다른 지느러미 설계들보다 우수한 성능을 나타냈다. 위상 최적화 설계는 지느러미가 없는 구조에 비해 용융 성능이 현저하게 74% 증가한 결과를 가져왔다. 또한 제조 가능성을 고려한 간소화 모델을 도입하였다. 지느러미 부피 분율이 6%인 경우, 지느러미가 없는 경우에 관측된 249분과 대조적으로 용융 시간이 유의미하게 감소하여 36분으로 나타남을 검증하였다. • 지느러미의 개수와 지느러미 높이의 다양한 조합을 탐색하였다. • 가장 효과적인 지느러미 구성을 도출하기 위해 위상 최적화를 적용하였다. • 지느러미가 없는 경우에 비해 유의미한 74%의 성능 증가가 관찰되었다. • 지느러미 부피 분율을 변화시켜 서로 다른 지느러미 설계를 도출하였다.

잠열 열에너지 저장(LHTES) 시스템에서 상변화 물질(PCM)에 지느러미(fin)를 추가하는 것은 열 성능을 향상시키고 에너지 저장 효율을 유의미하게 개선하기 위해 널리 사용되는 기법이다. 본 연구는 LHTES의 쉘-앤-튜브(shell-and-tube) 구조 내에서의 열전달을 조사하기 위한 2차원 수치 모델에 초점을 둔다. 핀 부피가 일정하게 유지되는 조건에서 지느러미의 개수와 지느러미 높이의 다양한 조합을 탐색하여 용융 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 이후 가장 효과적인 지느러미 구성을 도출하기 위해 위상 최적화(topology optimization) 기법을 개발하였다. 최적화된 지느러미는 수지상(dendritic) 분포를 보였으며, 열전달 성능 측면에서 다른 지느러미 설계들보다 우수한 성능을 나타냈다. 위상 최적화 설계는 지느러미가 없는 구조에 비해 용융 성능이 현저하게 74% 증가한 결과를 가져왔다. 또한 제조 가능성을 고려한 간소화 모델을 도입하였다. 지느러미 부피 분율이 6%인 경우, 지느러미가 없는 경우에 관측된 249분과 대조적으로 용융 시간이 유의미하게 감소하여 36분으로 나타남을 검증하였다. • 지느러미의 개수와 지느러미 높이의 다양한 조합을 탐색하였다. • 가장 효과적인 지느러미 구성을 도출하기 위해 위상 최적화를 적용하였다. • 지느러미가 없는 경우에 비해 유의미한 74%의 성능 증가가 관찰되었다. • 지느러미 부피 분율을 변화시켜 서로 다른 지느러미 설계를 도출하였다.

본 연구는 Titan-250 가스 터빈 배기가스에서 다중 등급의 열을 효율적으로 회수하기 위해, 초임계 CO2 브레이튼 사이클(SCBC), 초횡임계 유기 랭킨 사이클(TRC), 흡착식 칠러(ADC)를 연계하는 3단계 폐열 트리제너레이션 시스템을 제안하고 최적화한다. 대부분의 폐열회수(WHR) 연구는 이중 사이클 또는 동력 중심 구성에 초점을 맞추며, 특히 저온 영역에서 전체 배기가스 온도 범위에 걸친 단계적 회수를 충분히 고려하지 않는 경우가 많다. 제안된 SCBC–TRC–ADC 캐스케이드 구성은 전력 생산, 냉방 생산, 그리고 온수 저장을 동시에 가능하게 하며, 고온·중온·저온 열 수준을 모두 완전하게 활용한다. 실제 배기 데이터가 적용되어 실용성을 확보하였고, 구성요소 수준의 열역학 및 엑서지 모델을 기존에 발표된 벤치마크와 비교하여 검증하였다. 순차 이차계획법(SQP) 최적화를 핀치 포인트, 압력강하, 과냉각 한계 등 현실적인 공정 제약 조건 하에서 수행하였다. 후보 TRC 작동유체 5종 가운데 R1234ze(E)는 최고 수준의 엑서지 효율과 환경 적합성을 보였다. 최적 조건에서 통합 시스템은 순전력 7.14 MW를 생산했으며, 이는 단독 SCBC 대비 931 kW 더 높은 값이다. 또한 9.08 °C에서 216 kW의 냉방을 제공하고, 900 s마다 73.8 °C 온수 15,115 L를 저장하였다. 전체 플랜트 및 엑서지 효율은 각각 35.11 %, 63.26 %에 도달했으며, 단일 사이클 기준 대비 총 유용 에너지 이용률이 70 % 이상 향상된 것을 나타낸다. 민감도 분석 결과, 리큐퍼레이터 유효도와 TRC 터빈 입구 압력이 지배적인 성능 파라미터로 확인되었다. 본 결과는 가스 터빈 폐열로부터 다중생산(multi-generation)을 구현함에 있어 열역학적으로 최적화된 검증된 캐스케이드 프레임워크를 제시하며, 에너지 서비스의 유연성을 입증함으로써 차세대 산업 탈탄소화 시스템을 위한 벤치마크를 제공한다.

현재의 탐구에서 우리는 열전달 해석과 함께 Nickel-Zinc Ferrite 및 에틸렌 글리콜을 포함하는 나노유체의 만곡 표면에 대한 유동을 연구하였다. 열 방정식에는 비선형 열복사와 열 발생/흡수 효과가 포함된다. 제안된 수학적 모델은 미끄럼 및 열 성층 경계조건에 의해 보강된다. 적절한 변환을 적용하여 곡선좌표계에서 지배계로부터 상미분방정식의 시스템을 도출하였다. MATLAB 내장 함수 bvp4c를 적용함으로써 수치해를 구하였다. 그래픽 시각화와 수치적으로 구성된 표 형태의 값, 그리고 핵심적인 논의를 통해 여러 가지 관련 매개변수가 해당 프로파일에 미치는 영향을 설명하였다. 그러나 본 연구에서 사용한 계산 방법은 고(高) Prandtl 수에 대한 해를 계산하기에 적합하지 않다. 제시된 결과는 각 변수의 경향을 보여주기 위한 것이며, 기술적 응용을 위해서는 보다 현실적인 Prandtl 수를 탐색할 필요가 있다. 현재의 탐구는 다음과 같은 주요 특징을 갖는다: