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나노유체의 대류열 전달에 관한 비평적 고찰

전문가 제언: ○ 나노유체는 일반적으로 100nm 이하의 직경을 가진 고체입자를 전통적인 열전달유체 내에 분산시킨 현탁액이다. 1995년에 미국 ANL 연구소의 Stephen U. S. Choi 박사가 부피비 1% 미만의 소량의 나노입자를 첨가하는 경우에도 열전도계수가 2배 이상 증가된다는 사실을 발표한 이후부터 많은 후속 연구들이 이루어지고 있다.

○ 본 논문에 소개되어 있는 내용과 같이 현재까지의 연구는 단상류의 열전달에 관한 기존의 연속방정식과 운동량 및 에너지 보존방정식을 보정하여 사용하고 있다. 그러나 나노유체에 사용되는 고체입자의 모양, 크기, 종류, 농도에 따라 열전달의 양상도 크게 달라질 뿐만 아니라 열전도계수는 온도 의존성이 강하고 고체입자의 농도와 열전도계수 사이에는 비선형적인 관계가 이루어지고 있기 때문에 이를 이론적으로 설명하고 모델화하는 것은 학계의 커다란 도전과제가 되고 있다.

○ 최근에는 실험적으로는 나노입자의 모양, 크기, 종류, 농도 및 표면처리에 이르기까지 배관이나 열교환기 표면 혹은 펌프에 침착하지 않고 안정적으로 부유 상태를 유지하면서 열전달을 향상시키는가 하는 연구들이 수행되고 있다. 이론적으로는 액체분자와 나노입자 사이의 동력학적 상호관계를 취급하기 위하여 브라운 운동을 사용하는 새로운 모델이 등장하고 있으며 또한 물리적 현상을 그대로 표현하기 위하여 전산유체역학의 활용에 대한 연구가 국내외에서 활발히 전개되고 있다.

○ 나노유체의 사용은 임계열속(critical heat flux)을 3배나 증가시키는 것으로 연구되고 있다. 이는 열교환기의 소형화와 효율향상에만 기여하는 것이 아니라, 원자력발전소의 경우에는 발전소의 사고나 고장 시에 핵연료의 파손방지에 크게 기여할 수 있다. 또한 열전달 유체로서 뿐만 아니라 자성을 띤 나노입자를 포함하는 나노유체는 의학이나 화학공정에서도 크게 활용될 것으로 기대되고 있다.

저자: Daungthongsuk, W.; Wongwises, S.
자료유형: 학술정보