본 연구는 롤러 하스(hearth) 킬른(keiln)에서 리튬이온 배터리 양극 소재의 소성(calcination)을 위한 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 모델의 개발 및 검증을 기술한다. 본 연구의 주요 목적은 고온 고상 합성 공정에서의 에너지 소비를 정량적으로 예측하고 최적화하는 것이다. 해당 모델은 소성 과정에서의 복잡한 물리·화학적 현상을 반영하기 위해 세 가지 필수 하위 모델을 포함한다. 즉, 산업용 히터의 비선형 열응답을 재현하며 실험 측정값과의 편차가 5% 미만인 히터 제어 알고리즘, 수치적 안정성을 유지하기 위해 계산 격자(mesh) 변형 없이 연속적인 소재 이동을 효과적으로 모사하는 데이터 전송 방법, 열처리 중 리튬 수산화물 전구체에서 기인하는 상당한 흡열 거동을 다루는 탈수(dehydration) 반응 동역학 모델이다. 검증 결과, 시뮬레이션 결과와 실험 관측치 간에 강한 일치가 확인되어, 동시에 발생하는 결합 열전달, 물질 수송, 화학 반응 현상을 정확히 재현함을 입증하였다. 제안된 접근법은 내부 열 조건과 열유동 동역학에 대한 정밀한 제어를 제공함으로써 양극 소재 생산에서 소성의 균일한 품질을 보장하고 에너지 효율 향상을 위한 신뢰할 수 있는 전산 플랫폼을 마련한다. 이 방법은 지속가능한 공정 설계 및 최적화에 유용한 통찰을 제공하며, 산업 규모 제조 환경에서의 실시간 공정 제어에 잠재적 적용 가능성을 가진다.

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