에너지 변환 장치의 열-유동·전자기 연성해석 및 냉각 최적화 연구

Thermal-Fluid and Electromagnetic Coupled Analysis for Cooling Optimization in Energy Converters

연구 내용

열교환기·발전기·제트 유동 등 에너지 장치에서 열전달 특성을 해석하고, 냉각 성능을 만족하는 범위에서 형상과 공정 변수를 최적화하여 열 스트레스를 관리하는 연구

에너지 장치는 운전 중 발생하는 손실과 경계조건이 열전달 성능을 좌우하며, 냉각 설계는 열·유동·구조 조건을 동시에 고려해야 합니다. 본 연구는 제트 및 열교환기에서 열유속과 무차원수를 기반으로 대류 열전달 특성을 규명하고, 경계조건 변화가 laminar flow의 열전달에 미치는 영향을 분석합니다. 또한 열유동 해석으로 압력손실 요구조건을 만족하는 범위에서 plain fins 형상의 크기 최적화를 수행하여 온도 구배 개선을 도출합니다. 발전기 분야에서는 전자기 해석 결과와 열-유동 연성해석을 연결해 냉각장치 구성을 평가하고, 열관리 성능을 만족하는 설계 변수를 선정합니다.

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연구 흐름

열전달 기초 연구로서 경계조건이 milli-scale confined impinging slot jets의 열전달 특성에 미치는 영향을 분석하는 연구를 먼저 수행했습니다(2021년). 이후 열교환기 적용으로 확장되어 thermo-electric 전원 시스템의 plain fins에 대해 ANSYS CFX 기반 열유동 해석과 반응표면/민감도 기반 최적화 절차를 적용했습니다. 동시에 발전기 냉각 관점에서 수랭·공랭 냉각장치의 열-유동 연성해석을 수행하여 열 스트레스 한계를 확인했습니다. 2023년에는 직접구동 영구자석 발전기의 형상 설계를 전자기 관점에서 최적화하여 효율과 중량 관리를 연계하는 방향으로 연구를 발전시켰습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

제트 열전달 해석 기반 냉각 설계
무차원수 기반 경계조건 민감도 평가
열교환기 핀 형상 최적화
압력손실 조건 만족 설계
냉각장치 열관리 성능 평가
열-유동-전자기 연성해석 모델링
발전기 열 스트레스 한계 검증
직접구동 발전기 설계 최적화
에너지 변환기 열설계 가이드
열관리 통합 설계 절차 구축