[열역학 응용-열교환기] 열교환기 성능 최적화 방법
목차 1. 서론 · ‘면적을 늘릴 것인가, 유속을 올릴 것인가’열교환기 성능 최적화는 전열 성능과 유체역학 손실, 그리고 경제성의 타협이다. 면적을 늘리면 \(U A\)가 커져 필요한 온도차가 줄고 엔트로피 생성이 감소하지만, 설비비가 증가한다. 유속을 올리면 \(h\uparrow\)로 \(U\uparrow\)하나, 마찰로 인한 \(\Delta p\)와 펌핑전력이 급증한다. 본 편은 이를 하나의 목적함수로 묶어 2법칙 기반으로 정식화하고, 실무에 바로 쓰는 절차와 예제를 제공한다.최적화 기본식\[ \min_{A,\,u,\,\text{구성}}\; J=C_A A+c_e\,\dot W_p + c_x\,T_0\,\dot S_{\mathrm{gen,th}} \]\[ \text{s.t.}\; Q=U(A,u)\,A..
2025. 9. 25.
[열역학 응용-열교환기] LMTD·NTU 방법을 이용한 설계 계산
목차 1. 서론 · LMTD vs ε–NTU, 언제 무엇을 쓰나열교환기 설계는 크게 두 질문으로 나뉜다. (1) 면적이 얼마여야 하는가?—출구 온도를 목표로 정했을 때의 사이징; (2) 면적이 주어졌을 때 성능은?—운전조건 변화에 대한 성능평가. 전자는 LMTD 방법이, 후자는 ε–NTU 방법이 직관적이다. 두 방법은 에너지 보존과 전열 구동력의 표현만 다를 뿐, 서로 일관된다.핵심 관계\[ Q=U A\,\Delta T_{\mathrm{lm}}\,F=\varepsilon\,Q_{\max}=\varepsilon\,C_{\min}\,(T_{h,in}-T_{c,in}),\qquad \mathrm{NTU}=\frac{U A}{C_{\min}} \]여기서 \(F\)는 LMTD 보정계수, \(\varepsilon\..
2025. 9. 22.
[열역학 응용-열교환기] 열교환기의 종류와 원리
목차 1. 서론 · 열교환기는 ‘온도차를 면적으로 바꾸는’ 장치열교환기의 본질은 한 유체의 엔탈피 감소를 다른 유체의 엔탈피 증가로 안전하게 전달하는 것이다. 열역학적으로는 에너지 보존과 엔트로피 생성 최소화, 전열론적으로는 전달계수와 면적의 곱 $UA$를 최적화하는 문제다. 기본 관계는 $Q=UA\,\Delta T_{\mathrm{driving}}$이며, 구체 해석은 LMTD 또는 NTU 방법으로 수행한다.핵심 식$$ Q=\dot m_h c_{p,h}(T_{h,in}-T_{h,out})=\dot m_c c_{p,c}(T_{c,out}-T_{c,in})= U A \, \Delta T_{\mathrm{lm}} $$여기서 $U$: 총괄전열계수, $A$: 유효 면적, $\Delta T_{\mathrm{lm}}..
2025. 9. 21.
[소결공학] 액상소결의 문제점과 제어 기술 (기공 잔존·불균일 수축·슬럼핑 방지법)
목차1. 무엇이 잘못되는가 – 빠른 점검표밀도 목표 미달: 잔류 기공, 가스 포획, 유리상 포켓형상 불량: 뒤틀림, 모서리 들뜸, 홀 변형, 스팬 처짐물성 저하: 고온 강도/크리프 저하, 전기 절연 저하, 내마모 저하균일성 문제: 층간/부위별 수축률 차이, 조성 구배, Co 풀/유리상 연속 필름2. 잔류 기공·가스 트랩 – 왜 생기고 어떻게 없애나액상은 빠른 재배열을 돕지만, 동시에 기공을 봉합해 가스를 가두기 쉽습니다. 탈지 잔류물의 분해가 늦거나, 과도한 유속으로 거품·블로팅이 생기면 치명적입니다.Laplace 압력: \[ \Delta P = 2\gamma_{LV}/r \] 목(또는 기포) 반경 \(r\)이 작을수록 압력↑가스 확산 시간 척도: \[ t_D \sim \frac{L^2}{D_{eff}}..
2025. 9. 17.
[소결공학] 고상소결의 기본 개념과 원리 – 원자 확산과 치밀화
목차1. 고상소결이란 무엇인가?고상소결은 녹이지 않고 굳히는 공정입니다. 설탕을 불에 녹여 굳히는 캐러멜과 달리, 고상소결은 모래사장 물성을 바람이 만든 사구처럼, 입자의 표면이 조금씩 이동하며 하나의 단단한 몸체가 되어 가는 과정이라고 비유할 수 있습니다.전형적인 적용: Al2O3, MgO, SiO2 등 고순도 산화물, 스핀엘, 사파이어, AlN 등.핵심 특징: 순도 유지가 좋고, 상 안정성을 해치지 않으며, 형태 유지력이 우수합니다.치밀화의 큰 틀: \(\Delta G = \gamma\,\Delta A\). 표면적 \(A\)가 줄어들면 계면에너지(\(\gamma\)) 감소 → 자유에너지 \(\0>Delta G\)2. 열역학 구동력 – 곡률, 화학퍼텐셜, Young–Laplace입자 표면은 곡률을 가집..
2025. 8. 30.
[소결공학] 소결 공정의 전 과정 – 분말 준비부터 후처리까지
목차1. 전체 공정 로드맵소결 공정은 요리와 비슷합니다. 재료(분말)를 잘 준비하고, 적절히 반죽(성형)한 다음, 기름기(결합제)를 빼고, 알맞은 온도에서 천천히 익히며(소결), 마지막으로 모양을 다듬고 품질을 확인합니다.분말 준비: 분말 제조·혼합·분산·건조, 입도/형상/표면화학 제어성형: 일축가압, 냉간 등방가압(CIP), 테이프캐스팅, 사출(CIM), 압출·겔캐스팅, 적층제조 등탈지/전처리: 결합제/가소제 제거(열/용매/촉매), 예열·예비소결소결: 열처리(등온 유지), 분위기·가열속도·보냉 제어, 치밀화·입자성장후처리·검사: HIP, 가공·연마·코팅, 치수·밀도·미세구조·물성 검사상대밀도 정의: \(\rho_r = \frac{\rho_{bulk}}{\rho_{theoretical}}\), 기공률: ..
2025. 8. 28.
