김동억 연구실
에너지시스템공학부 김동억
김동억 연구실은 에너지시스템공학부 소속으로, 열 및 물질 전달, 상변화 열전달, 다상 유동, 열수력 시스템 해석 등 에너지 및 원자력 분야의 핵심 열유체 현상에 대한 연구를 선도하고 있습니다. 연구실은 마이크로/나노 구조 표면, 금속 메쉬, 초소수성 표면 등 다양한 첨단 소재와 구조를 활용하여 비등 및 응축 현상의 열전달 성능을 극대화하는 방법을 탐구합니다. 이를 위해 초고속 열화상 카메라, 적외선 온도 측정 등 첨단 계측기법을 도입하여, 미세 스케일에서의 상변화 및 열전달 거동을 정밀하게 관찰하고 분석합니다.
연구실의 또 다른 주요 연구 분야는 다상 유동 및 열수력 시스템 해석입니다. 원자력 발전소의 안전성 강화를 위한 플래싱, 자연순환, 임계 열유속, 건조열유속 등 다양한 열수력 현상에 대한 실험 및 수치 해석 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 모듈형 원자로(SMR), 소듐냉각고속로(SFR) 등 차세대 원자력 시스템의 계통 설계 검증, 열수력 실험장치 구축, 유량 계측 기술 개발 등 실용적이고 산업적 파급력이 큰 연구를 진행하고 있습니다.
이러한 연구는 한국연구재단, 한국원자력연구원, 한국수력원자력 등과의 산학협력 프로젝트를 통해 이루어지며, 실험실에서 개발된 기술과 해석기법은 실제 산업 현장에 적용되어 원자력 및 에너지 시스템의 효율성과 안전성 향상에 기여하고 있습니다. 또한, 연구실은 다양한 국내외 학술지 및 학회에서 활발히 연구 성과를 발표하고 있으며, 관련 특허 및 기술이전도 활발하게 이루어지고 있습니다.
연구실의 구성원들은 열 및 물질 전달, 상변화 열전달, 다상 유동 등 기초 연구뿐만 아니라, 실제 에너지 시스템에 적용 가능한 응용 연구까지 폭넓게 수행하고 있습니다. 이를 통해 차세대 에너지 및 원자력 시스템의 혁신적인 설계와 운전 기술 개발에 앞장서고 있습니다.
김동억 연구실은 앞으로도 첨단 열유체 현상 연구를 기반으로, 에너지 및 원자력 산업의 지속 가능한 발전과 안전성 향상에 기여할 수 있는 창의적이고 실용적인 연구를 지속적으로 추진할 계획입니다.
Phase-Change Heat Transfer
Phase Change Heat Transfer
Passive Safety Systems
상변화 열전달 및 비등 현상 연구
김동억 연구실은 상변화 열전달, 특히 비등(boiling) 및 응축(condensation) 현상에 대한 심층적인 연구를 수행하고 있습니다. 비등 현상은 액체가 열을 받아 기체로 전환되는 과정에서 발생하는 복잡한 열 및 물질 전달 메커니즘을 포함하며, 이는 원자력, 에너지 시스템, 냉각 기술 등 다양한 산업 분야에서 핵심적인 역할을 합니다. 본 연구실은 다양한 표면 구조(마이크로/나노 구조, 금속 메쉬 등)와 표면 젖음성(wettability)이 비등 특성에 미치는 영향을 실험적으로 규명하고, 임계 열유속(Critical Heat Flux, CHF) 증진 메커니즘을 밝히는 데 주력하고 있습니다.
특히, 초고속 열화상 카메라, 적외선 온도 측정 등 첨단 계측기법을 활용하여 비등 표면에서의 국소 열 및 상 변화 거동을 시각화하고 정량적으로 분석합니다. 이를 통해 비등 과정에서 발생하는 마이크로 버블, 드라이 스팟, 증기막 형성 등 미세 현상을 실시간으로 관찰하며, 다양한 실험 조건(온도, 압력, 유량 등)에서의 열전달 성능을 체계적으로 평가합니다. 또한, 실험 결과를 바탕으로 수치 해석 및 이론 모델을 개발하여, 실제 에너지 시스템에 적용 가능한 설계 지침을 제시하고 있습니다.
이러한 연구는 원자력 발전소의 안전성 향상, 고효율 열교환기 개발, 차세대 냉각 시스템 설계 등 실질적인 산업적 파급효과를 지니고 있습니다. 김동억 연구실의 상변화 열전달 연구는 국내외 학술지 및 학회에서 활발히 발표되고 있으며, 관련 특허 및 기술이전도 활발히 이루어지고 있습니다.
다상 유동 및 열수력 시스템 해석
본 연구실은 다상 유동(two-phase flow) 및 열수력(thermal-hydraulics) 시스템의 실험적·수치적 해석을 통해 원자력 및 에너지 시스템의 안전성과 효율성을 높이는 연구를 수행합니다. 다상 유동은 액체와 기체가 동시에 존재하는 복잡한 흐름으로, 원자로 냉각계통, 열교환기, 응축기 등 다양한 장치에서 핵심적인 역할을 합니다. 연구실에서는 파편입자층, 미세구조 채널, 나노구조 표면 등 다양한 유동 환경에서의 단상 및 2상 유동 거동을 실험적으로 규명하고, 유동 가시화(Visualization), 압력강하, 건조열유속(Dryout) 등 주요 현상을 정밀하게 측정합니다.
특히, 모듈형 원자로(SMR) 및 소듐냉각고속로(SFR) 등 차세대 원자력 시스템의 열수력 실험장치 구축 및 계통 설계 검증 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 실험 데이터를 바탕으로 열수력 해석 모델을 개발하고, 다양한 운전 조건에서의 시스템 거동을 예측함으로써, 원자로의 안전성 평가 및 비상 상황 대응 전략 수립에 기여하고 있습니다. 또한, 플래싱(Flashing), 자연순환(Natural Circulation), 응축 및 증발 현상 등 실제 원자력 플랜트에서 발생할 수 있는 다양한 열수력 현상에 대한 기초 및 응용 연구를 병행하고 있습니다.
이러한 연구는 한국연구재단, 한국원자력연구원 등과의 협력 프로젝트를 통해 진행되며, 실험실에서 개발된 해석기법과 실험장치는 산업 현장에 직접 적용되고 있습니다. 연구실의 다상 유동 및 열수력 해석 역량은 국내외 원자력 및 에너지 분야에서 높은 평가를 받고 있으며, 관련 논문과 학술 발표, 기술 자문 등 다양한 성과로 이어지고 있습니다.
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Boiling performance enhancement and self-recovery of nucleate boiling regime on micro- and nanostructured porous surfaces
이동주, 김동억, 양영재
INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER, 202503
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Experimental study on single- and two-phase flow behaviors within porous particle beds
오종석, 안상모, 김환열, 김동억
NUCLEAR ENGINEERING AND TECHNOLOGY, 202303
3
Similarity evaluation of the pump simulation loop in STELLA-2 for conservation of mechanical sodium pump characteristics
김동억, 윤정, 이제환, 어재혁, 김형모
NUCLEAR ENGINEERING AND TECHNOLOGY, 202301
1
혁신형 SMR RCS 유량 계측 분야 자문 용역
3
3차)초고열유속 냉각 및 열다이오드 구현을 위한 상변화 열전달 연구