유한 요소법에 기초한 사상압연시 롤갭에서의 판 온도 예측 On-Line 모델 개발

Maste

Method and System for Analysis of Coil Shaped Heat Exchanger considering the Groundwater Flow

지하수 흐름을 고려한 코일형 열 교환기 해석 방법 및 시스템이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 지하수 흐름을 고려한 코일형 열 교환기 해석 방법은 코일형 열 교환기가 설치된 지반에 지하수 흐름이 있는 경우를 나선형 코일 열원 모델을 이용하여 모델링 하는 단계, 상기 모델링 결과를 이용하여 상기 지하수 흐름에 의한 영향을 받는 포화된 지반 안의 열 전달식을 구하는 단계, 상기 열 전달식을 이용하여 이동 나선형 코일 열원 모델을 구하는 단계, 상기 이동 나선형 코일 열원 모델을 이용하여 상기 코일형 열 교환기를 해석 하는 단계를 포함할 수 있다

코일형 열교환기를 사용하는 지중열교환 시스템의 개선된 설계기술

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과, 2016.2 ,[ⅹ, 126 p. :]본 연구에서는 코일형 열교환기를 사용하는 지중열교환시스템의 개선된 설계기술을 제시하였다. 그 중에서도 주로 저심도 지반에 설치되는 수평형 시스템과 에너지파일의 최적 설계에 주안점을 두고 연구를 수행하였다. 지중열교환시스템의 성능은 열교환기가 설치되는 지반조건에 의해 가장 큰 영향을 받기 때문에 지반의 열 전도도를 정확히 예측하는 것이 아주 중요하다. 본 연구에서는 저심도 지반의 열전도도를 신뢰성 있게 예측할 수 있는 인공신경망 모델을 제시하였고, 모델 구축 단계에 사용되지 않은 새로운 데이터 적용을 통해 개발된 예측 모델의 신뢰성을 검증하였다. 제안된 지반 열물성 추정기술을 기반으로 본 연구는 첫째로 수평형 시스템의 최적 설계 기술을 제시하였다. 이를 위해 코일형 수평형 열교환기의 열적 거동을 모사하는 3차원 수치해석 모델을 개발하였고, 현장 열응답시험과의 비교 검증을 통해 수치해석모델의 신뢰성을 확보하였다. 주요 핵심 입력인자들이 시스템 성능에 미치는 영향을 분석하고자 수치해석을 이용한 160건의 매개변수 연구를 수행하였고, 경제성 분석을 통해 경제적 타당성이 가장 높은 최적의 설계 조건을 제시하였다. 한편, 초기 설계 단계에서의 최적화 기술과 더불어 수평형 시스템 성능에 영향을 미치는 또 다른 핵심인자는 지표면에서의 강우침투이다. 본 연구에서는 강우침투를 고려한 수평형 시스템의 새로운 성능평가 기술을 제시하였고, 강우침투가 시스템 성능에 미치는 영향을 고찰하였다. 해석 결과에 따르면, 강우침투로 인해 지반의 열전도도가 점진적으로 증진되며, 이러한 현상이 전체 시스템 효율을 향상시킨다는 것을 확인하였다. 두 번째로 본 연구는 코일형 에너지 파일에 대해 신뢰성 있는 설계 기술을 제시하였다. 특히, 에너지 파일의 핵심적인 설계변수라고 할 수 있는 보어홀 열저항을 산정하기 위한 다양한 실험적, 수치해석적 연구를 수행하였다. PCH 에너지 파일의 현장 열 응답 실험이 수행되었고, 열 응답 실험을 모사하는 수치해석 모델이 개발되었다. 수치해석 모델을 활용한 다양한 매개변수연구가 수행되었고, 최종적으로 코일형 에너지 파일의 유효 보어홀 열저항을 산정할 수 있는 다중 선형 회귀식이 제안되었다. 이와 더불어 지하수 유동에 따른 지반의 장기적 열 거동 변화를 평가함으로써 지하수 흐름이 열 교환기 설계 길이에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 냉난방간 부하 불균형이 발생할 시 부하 불균형으로 인한 열 간섭 문제를 완화시키고 시스템 성능을 향상 시킬 수 있는 하이브리드 설계 기술을 새롭게 제안하였다.한국과학기술원 :건설및환경공학과

Prediction of Heat Exchange Rate in PHC Energy Piles

최근 들어 경제적인 지열에너지 활용을 위하여 에너지 파일의 적용이 확대되고 있다. 특히 더 높은 열 교환 효율을확보하고자 에너지 파일의 경우 보다 높은 열효율을 얻기 위해 통상적인 U자형 지중 열교환기가 아닌 코일형 지중열교환기를 매입하는 경우가 늘어나고 있다. 본 논문에서는 PHC 에너지 파일에 의한 지중 열 전달 거동에 대한 수치해석 및 실험적 연구를 수행하였다. 화강풍화토로 이루어진 현장에 PHC 에너지 파일을 설치하고 W자형과 코일형지중 열교환기를 설치한 후 이에 대한 현장 열성능 실험을 수행하였다. 또한 3차원 유한요소해석을 수행하여 지중온도 및 지중 열교환기 내 순환수 온도 변화를 예측하였고 이를 실험값과 비교하였다. 냉방 부분 가동 조건 하에서코일형 열교환기 이용시 W자형을 이용했을 때보다 10～15% 열교환율이 상승되는 것을 알 수 있었다

Evaluation of Borehole Thermal Resistance in Ground Heat Exchanger

최근 들어 경제적이고 친환경적인 에너지 활용을 위하여 지열에너지 필요성이 증대되고 있다. 지반의 열전도도 (ground thermal conductivity)와 보어홀 열저항(borehole thermal resistance)은 지열 히트펌프 시스템(geothermal heat pump system)의 설계 과정에서 매우 중요한 변수이다. 본 논문에서는 일반 수직밀폐형에서의 U, W 타입의 지중 열교환기(ground heat exchanger)를 매립지 지반에 설치한 후 100시간 연속 운전 조건으로 현장 열성능 실험(thermal performance test)을 수행하였다. 또한 보어홀 열저항 산정 모델들을 이용하여 열효율을 산정한 후 이를 실험값과 비교 하였다. 실험 결과 기존에 주로 적용되고 있는 shape factor(SF) 모델보다 multi-pole과 equivalent diameter(EQD) 모델이 계측값과 잘 일치하였다