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장세명 연구실
국립군산대학교 기계공학부 장세명 교수
열유체 해석
배터리 열관리
냉각 플레이트 최적화
연구 영역
기본 정보
논문·특허
과제
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장세명 연구실

국립군산대학교 기계공학부 장세명 교수

장세명 연구실은 냉각 플레이트와 열교환기 등 열유체 열관리 장치의 유동·열전달 성능을 수치해석과 최적화로 평가하고 설계 변수 간 상충 관계를 정리하는 연구를 수행합니다. 배터리 셀 냉각을 위한 topology optimization, 핀 형상 및 채널 배치 최적화와 같은 냉각 성능 모델을 구축하고, 경계조건 예측을 포함한 압축성·희박기체 유동 해석을 병행합니다. 또한 창고형 HVAC 및 수열 냉·난방·재생열 하이브리드 시스템처럼 에너지 시스템 단위의 열성능을 CFD 및 실증 기반으로 검증하여 적용 가능 설계를 도출합니다.

열유체 해석배터리 열관리냉각 플레이트 최적화CFD 기반 설계열교환기 성능
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배터리 열관리용 냉각 플레이트 및 열교환 구조 열유체 최적화 연구 thumbnail
배터리 열관리용 냉각 플레이트 및 열교환 구조 열유체 최적화 연구
Thermofluidic optimization for battery cold plates and heat exchange structures
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
논문 전체보기
1
Article
|
인용수 3
·
2024
The extended modified Logvinovich model: Application to the water entry of two-dimensional wedges
Yang Zhang, Se-Myong Chang, Deuk-Joon Yum
IF 3.9 (2024)
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
플래닝(plane) 선박은 선체와 물 사이에서 발생하는 심각한 점성 마찰을 완화하는 데 도움이 되므로, 소형 고성능 선박에서 가장 흔히 사용되는 선형 중 하나이다. 따라서 초기 설계 단계와 실제 운용 조건에서 선박의 운항 자세(running attitude)를 신속하고 정확하게 추정할 수 있는 방법을 개발하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 운동 중 쐐기형 선체가 자유수면에 진입할 때 발생하는 유동 박리 문제를 해결하기 위하여, 수중 진입(water entry)을 위한 확장 변형 로그비노비치 모델(Extended Modified Logvinovich Model, EMLM)을 제안한다. 2차원 근사를 활용하여 수학적 기법으로 비정상 유동에 대한 기본 퍼텐셜 흐름을 분석하였다. 검증을 위해, BEM(boundary element method)에 기반한 CFD(computational fluid dynamics) 및 해석적 유사 해(analytic similarity solution)와 비교하여 동적 수직력 계수(dynamic vertical force coefficient)를 계산하였으며, 그 결과는 검증을 위한 실험 데이터와의 양호한 일치성을 보여주었다.
https://doi.org/10.1016/j.ijnaoe.2024.100631
Materials science
Structural engineering
Geotechnical engineering
Engineering
2
Article
|
·
인용수 2
·
2024
Multi-objective shape characterization of airside performance in sinusoidal wavy fin-and-tube heat exchangers with large-diameter tubes using CFD
Yang Li, Kezheng Zhang, Se-Myong Chang
IF 1.7 (2024)
Journal of Mechanical Science and Technology
http://dx.doi.org/10.1007/s12206-024-0652-5
Fin
Heat exchanger
Tube (container)
Computational fluid dynamics
Materials science
Mechanics
Mechanical engineering
Engineering
Composite material
Physics
3
Article
|
·
인용수 8
·
2024
Optimization of fin parameters in cooling systems for temperature uniformity enhancement in battery module applications with offset strip fins
Yang Li, Kezheng Zhang, Se-Myong Chang
IF 3.5 (2024)
Numerical Heat Transfer Part A Applications
리튬이온 배터리(LIBs)의 효율적인 열 관리(thermal management)는 전기자동차의 신뢰성 있는 작동을 보장하는 데 있어 핵심적인 요소이다. 다수의 LIB 모듈을 관리하기 위해 일반적으로 냉각판(cold plate)을 장착용으로 사용하는 접근이 활용된다. 모듈 사이에 배치된(interspersed) 설계는 특히 대규모 배터리 팩에서 전체 냉각 성능과 온도 균일성의 향상에 더 효과적임이 제안되어 왔다. 따라서 우리는 배터리에서 더 높은 열부하를 방출하는 경우에도 열성능을 향상시키는 동시에, 배터리 표면 전반에 걸친 온도 분포의 균일성도 더 잘 확보하면서, 제조의 단순성(manufacturability)을 유지할 수 있는 새로운 냉각판 설계가 필요하다. 본 연구에서는 오프셋 스트립 핀(offset strip fins, OSFs) 코어를 적용한 새로운 냉각판 설계를 제시한다. Colburn 인자(Colburn factor, j)와 Fanning 마찰 인자(Fanning friction factor, f)와 같은 객관식(objective functions)을 이용하여 그 열 및 유동(수력) 성능을 평가한다. 최적화 기법을 통해 냉각판에서의 열전달률을 극대화하는 최적의 형상 파라미터를 도출하되, 압력 강하(pressure drop)는 그 증가가 미미한 수준에 그치도록 한다. 이후 이러한 최적화된 구성을 기준이 되는 일반 냉각판 및 기준 OSFs 냉각판(reference OSFs cold plate)과 비교한다. 그 결과, 최대 온도 차이가 최대 32.3%까지 유의하게 감소하여, 본 새로운 설계로 온도 균일성이 향상되었음을 보여준다.
https://doi.org/10.1080/10407782.2024.2333043
Fin
Offset (computer science)
Materials science
Battery (electricity)
Electrical engineering
Mechanical engineering
Engineering
Computer science
Composite material
Physics
최신 정부 과제
31
과제 전체보기
1
주관|
2020년 9월-2023년 12월
|8,262,200,000
수열 냉·난방 및 재생열 하이브리드 시스템 기술개발 및 실증
본 과제는 하천수 등 수열에너지를 냉난방에 쓰기 위해, 500RT급 히트펌프·축열·수열회수·제어·인증/시험 체계를 함께 개발하고 실증하는 연구임. 연구 목표는 수열시스템 철거/설치 방안 및 인증기준(안) 검토, 500RT H/P 프로토 타입 제작, 축열식 하이브리드 시스템 구축, SPF 실환경 시험방법(안) 개발, 수열회수 시스템 100 RT·500 RT 실증/시제품화, 열교환기 Fouling/부식 저감과 자기베어링 제어 등 핵심 기술 확보임. 기대 효과는 대용량 터보 히트펌프 국산화 및 에너지효율 증대, 냉각탑 제거로 소음·열섬·레지오넬라 등 환경영향 저감, 기기 Shutdown 최소화 및 탄소배출 저감 기여함.
수열에너지
신재생에너지
냉난방
하천수
히트펌프
2
주관|
2020년 9월-2023년 12월
|4,011,273,000
수열 냉·난방 및 재생열 하이브리드 시스템 기술개발 및 실증
본 과제는 하천수 등 수열에너지를 이용해 500 RT급 터보 히트펌프 기반 냉난방/축열 시스템을 개발하고, 현장 실증으로 성능과 신뢰성을 검증하는 연구임. 연구 목표는 개발 수열에너지 시스템의 현장 실증 및 최적 운전, 축열식 하이브리드 성능 분석·보완, KS 인증 표준(안) 및 시험방법론 확립, 압축기·제어 및 수충격 예측 고도화, 부식/스케일 저감 평가를 통한 상용화 기반 마련임. 핵심 연구 내용은 열교환기·축열조·히트펌프의 현장 설치/Cloud 기반 데이터 수집, 하천수 이용 하이브리드 통합 모니터링, 500 RT급 실증운전·성능평가, TRNSYS 기반 최적 운전·생애주기 해석, 비정상 water hammer 예측, 자기베어링 성능 개선 및 변위 센서 신뢰성 검증임. 기대 효과는 에너지 절감과 탄소 저감, 냉각탑·실외기 축소로 열섬·소음·백연·레지오넬라 등 환경 영향 완화, 대용량 국산화 및 유지보수 Shutdown 시간 최소화 기대됨.
수열에너지
신재생에너지
냉난방
하천수
히트펌프
3
주관|
2020년 9월-2023년 12월
|4,681,500,000
수열 냉·난방 및 재생열 하이브리드 시스템 기술개발 및 실증
본 과제는 하천수 같은 수열원을 이용해 건물 냉난방을 하는 수열시스템을 설계·검증·실증하는 연구임. 하천수 열원 광역관로, 축열식 하이브리드 시스템, 수열원 히트펌프 유닛 시험방법 및 성능평가 장치, 수열회수 열교환기 성능분석과 부식/스케일억제 핀 표면, 유입/유출 관로 차압 손실 예측, 변위 센서 잡음·자기베어링 제어, Lab. scale 성능실험·해석 DB 구축을 수행함. 연구 목표는 주관기관 하천수 이용 수열시스템 기본 설계 적정성 검토 및 500RT급 터보 히트펌프 기반 대용량 국산화·에너지효율 증대를 포함한 최적 설계와 운전제어 확립에 있음. 핵심 연구내용은 축열시스템 최적화, 하이브리드 운전 모드 제어로직, 열교환기 효율/스케일 특성 해석·개선, 실환경 시험조건 기반 기술기준(안) 개발, 시범적용 엔지니어링·실증 시스템 구축임. 기대효과는 냉각탑·실외기 제거로 소음·진동 및 열섬 저감, 탄소배출 저감, 유지보수 및 Shutdown 시간 최소화, 클라우드 기반 데이터로 이상운전 조기 대응이 가능함.
수열에너지
신재생에너지
냉난방
하천수
히트펌프
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
등록2018고점도 원료의 균일 유동 생성을 위해 저항체를 구비하는 분사노즐1020180051213
등록2014풍력발전기용 터빈 블레이드 및 이를 구비한 풍력발전기1020140050183
소멸2010살아있는 소형어류를 손상 없이 이동시킬 수 있는 펌프1020100103939
전체 특허

고점도 원료의 균일 유동 생성을 위해 저항체를 구비하는 분사노즐

상태
등록
출원연도
2018
출원번호
1020180051213

풍력발전기용 터빈 블레이드 및 이를 구비한 풍력발전기

상태
등록
출원연도
2014
출원번호
1020140050183

살아있는 소형어류를 손상 없이 이동시킬 수 있는 펌프

상태
소멸
출원연도
2010
출원번호
1020100103939