유한 시간 열역학과 열경제학을 기반으로 한 열 시스템의 최적화(Optimization of thermal systems based on finite-time thermodynamics and thermoeconomics)

전문가 제언

□ 열 시스템을 고려할 때 기본적으로 카르노 사이클(Carnot cycle)을 생각한다. 이 사이클은 1824년 Carnot에 의하여 제시된 사이클로 열 사이클의 최대 효율을 나타낸다. 카르노 사이클은 모든 과정이 가역적이고 준안정 상태에서 진행되므로 실제의 사이클과는 다르다. 실제의 사이클에서는 유한한 전열 면적을 갖는 열교환기와 유한 용량을 갖는 열저장원과 유한 시간에서의 진행이라는 비가역성으로 인하여 카르노 사이클만큼의 효율이 나올 수 없다. 가역적인 카르노 사이클은 열효율의 최고치로만 고려되고 실제 열 사이클의 비교 표준으로는 적용할 수 없다.

□ 열 시스템의 최적화를 위하여 적절한 최적화 기준이 필요하다. 이것은 목적과 작동 조건에 따라 다르게 된다. 예를 들어, 연료 소모량이 주 관심사인 전원 발전기에서는 최대 열효율 조건이 가장 중요하다. 추진이 가장 중요한 우주 비행선이나 군함에서는 최대 출력 조건이 가장 중요하다. 배에서의 추진 시스템은 연료 소모와 추력 둘 다 중요하다. 이 경우 설계시 최대 출력과 최고 열효율 조건이 같이 고려되어야 한다. 추가해서 실제 열기관의 설계시에는 크기의 축소, 경제적이고 생태학적인 목표들이 다른 중요한 조건들과 함께 고려되어야 한다.

□ 실제 열 시스템의 해석을 위하여 열역학을 적용할 때, 실제 열 시스템의 비가역성이 고려된 FTT 이론이 제안되어 최적화가 진행되었다. 열 오염의 감소와 엑서지 파괴 등과 같은 환경 문제를 취급하는 데 있어서 FTT 해석이 제한적으로 사용된다. 생태적이고 활동적인 열 시스템의 성능 최적화가 소개되고 있다. FTT에 의해 소개된 비율 의존 과정의 기본적인 해석이 화학과 같은 유사분야, 경제학과 다른 사회적 연구에까지 확장되고 있다.

□ 유한 시간 열경제적 최적화는 경제적 최적화 해석을 포함하는 FTT 기반의 열 시스템의 성능 해석상 한 단계 더 나아간 단계이다. 아직은 초기 단계로서 현재 계속 진행 중인 상태이다. 기본적인 이론의 개발과 그 적용에는 많은 노력이 필요하다.

저자

Durmayaz, A; Sogut, OS; Sahin, B; Yavuz, H

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

일반기계

연도

2004

권(호)

30(2)

잡지명

Progress in Energy and Combustion Science

과학기술
표준분류

일반기계

페이지

175~217

분석자

임*생

분석물

• 유한 시간 열역학과 열경제학을 기반으로 한 열 시스템의 최적화.pdf [272,193 byte]

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