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.

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