상변화 및 비등 기반 제트·퀀칭 냉각 열유동 모델링과 열전달 성능 제어

Boiling/phase-change based jet and quenching cooling modeling and heat transfer control

연구 내용

서브쿨드 제트와 수침 퀀칭에서 비등·응축 상변화를 CFD로 해석하여 벽면 열유속과 열전달계수를 예측하고, 상변화 히트파이프 및 액적 냉각을 최적 조건으로 설계하는 연구

초고열면에서 발생하는 비등·응축 상변화는 증기 거동과 젖음 조건에 따라 열전달이 크게 달라집니다. 본 연구는 VOF(Volume of Fluid) 기반 CFD로 서브쿨드 물 제트가 초과열 표면에 충돌할 때 증기 발생, 반경 방향 확산, 젖음 반경 내 열전달계수 상승을 추적하여 벽면 열유속과 표면 온도 분포를 예측합니다. 또한 강제 수침 퀀칭에서 물 제트 속도에 따른 증기 생성과 소멸, 재순환 영역 변화를 분석해 냉각률과 냉각 균일도를 해석합니다. 더불어 상변화 히트파이프의 열-경제성 최적 설계를 통해 시뮬레이션과 실험을 연계하고, 홀 패턴 표면에서 단일 액적 충돌의 냉각 성능을 향상시키기 위한 최적화 알고리즘을 적용합니다.

관련 프로젝트

2건

연구 흐름

초기 연구는 서브쿨드 워터 제트가 초과열 표면을 냉각할 때 증기 블랭킷과 젖음 반경이 열전달을 지배하는 과정을 CFD로 규명하는 데 집중되었습니다. 이후 비등 기반 수침 퀀칭으로 확장하여 물 제트 속도 변화가 증기 거동, 재순환 영역, 열유속·열전달계수 및 냉각 균일도에 미치는 영향을 해석했습니다. 이어서 상변화 히트파이프에 대해 열-경제성 관점의 최적 설계를 수행하며 시뮬레이션과 실험을 함께 활용하는 연구로 발전했습니다. 최근에는 홀 패턴 표면에서 단일 액적 냉각의 목표함수(냉각 유효성, 접촉 면적)를 기반으로 개선된 GQPSO 최적화 기법을 적용해 냉각 성능을 향상시키는 방향으로 진행하고 있습니다.

활용 가능성

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

서브쿨드 제트 충돌 냉각 설계
퀀칭 공정 열부하 제어
임계 열유속 기반 안전 설계
증기 블랭킷 억제 조건 도출
상변화 히트파이프 열-경제 최적화
젖음 반경 기반 냉각 성능 예측
홀 패턴 표면 액적 냉각 최적조건
벽면 열유속 분포 기반 공정 설계
열충격 내구성 향상 모델
액적-표면 형상 설계 가이드