[유체역학] 나노유체 연구 조사 및 적용방안 연구 - 나노유체의 열전달

목차

1. 나노 유체의 열전달 관련 최근 연구 동향
헤테로-나노캡슐이 들어 있는 열전달유체 (Heat transfer fluids with hetero-nanocapsules)
나노구리입자를 알칸티올 자기조립단분자층으로 코팅한 나노유체 (Nano sized copper particle coated with Alkanethiol self assembled monolayer in nanofluids)
오일 기반의 고효율 나노유체 및 그 제조방법 (Oil-based Nanofluid with High Thermal Efficiency and Method for Preparation Thereof)
(1) 나노유체를 이용한 냉각
(2) 원자력발전소 열교환기 성능향상을 위한 나노유체의 열적특성연구
(3) 나노유체를 냉각유체로 사용하는 마이크로채널 히트싱크의 냉각효율 연구
(4) 탄소나노튜브 나노유체의 열전도도에 대한 연구

2. 나노유체의 향후 연구전망 및 실생활에 적용하기 위한 방안

3. 나노유체분야의 평생교육에 대한 자신의 의견 및 기획, 실행방법

본문내용

이 향상되어 에너지 절약효과로 열교환기 소형화 및 경량화가 가능하여 구동동력 및 운전비용 감소가 기대 된다.
특히 탄소나노입자를 이용한 나노유체(Nanofluids)의 경우, PAO(Poly α-olefin Oil)를 기본유체로 하였을 때 열전도도가 150% 이상 향상되었고, Microfluids(물+마이크론 입자)의 경우 대류 열전달 계수가 25% 향상효과가 있었다. 또한 탄소계 물질의 특성인 윤활성으로 인해 시스템에 줄 수 있는 손상을 최소화 할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 나노입자의 전통적인 열전달 유체에 비해 비중이 높은 물질이므로 분산상의 문제는 여전히 존재하고 있으며 이러한 분산 안정성이 확보되어야 안정성과 재현성이 뛰어난 열전달 유체의 제조가 가능하다.
앞서 자료에서 보면 나노유체를 활용하였을 때 많은 열을 가지고 있을 수 있으며 열전달 성능계수가의 변화가 가능하다고 나타나 있다. 이는 많은 의미를 가지고 있는데 우선 간단한 것으로 열전달을 활발하게 할 수도 있고 그 반대로 발열을 막을 수도 있다는 것이다. 아직 개발 중인 단계라서 실생활에 적용할 수 있는 예를 찾기는 매우 힘들다. 그렇기 때문에 개인적인 생각과 견해로는 이러한 분야에 응용이 가능할 것이다.
1) 우선 우리가 쉽게 생활할 수 있는 침대에 활용 가능하다고 생각한다. 돌침대 같은 경우 따로 난방을 하지 않아도 침대가 따뜻하여서 난방비를 절감할 수 있고 실제 온돌방에서 자는 것처럼 느끼게 해주는 것이다. 나노유체를 이용한다면 물침대에서도 이게 가능하고 생각되며, 약간 변형을 가한다면 실제 우리가 쓰는 매트리스에서도 이런 기능을 가진 침대가 가능할 것이다.
2) 또한 현재 쓰이는 난방기 개선이 가능할 것이다. 열풍기의 경우 코일에서 발생되는 열을 이용하여 따뜻하게 하는 것이다. 이 코일을 대신해 유체를 채우고 전기를 통하여 유체에 열이 전달되어 열을 만드는 것이다. 열이 발생되는 시간은 조금 더 들 수 있겠지만, 코일의 전력 소비량보단 훨씬 줄어들게 되어 안정적이고 소비전력을 낮출 수 있을 것이다.
3) 위에 언급했던 열교환기를 이용하여서 자동차의 내연기관의 겨울철 시동 시에 엔진 열을 순환시켜 시동과 완전연소에 필요한 엔진 온도까지 빠르게 올릴 수 있는 것에도 이용이 가능하다고 생각한다. 여름철에는 내연기관을 비롯한 터보차저나 슈퍼차저에 필요한 인터쿨러의 냉각속도를 향상시킬 수 있을 것이다. 아니면 엔진에서 나오는 열을 사이드미러나, 유리의 열선, 시트의 히팅 열선으로 연결하여 사용할 수 있지도 않을까.
4) 겨울철에 전자제품 등에서 나오는 열을 회수하여 나노유체를 통해 빠르게 열전달을 시킴으로서 난방기구로 사용할 수 있지 않을까도 생각해본다. TV나 밥솥, 전자레인지, 냉장고, PC, 모니터 등 여러 가지 전자제품에서는 열이 발생하고 그 열은 전혀 이용되지 못한 채 대기 중에 방출된다. 전자제품 하나에서 나오는 열은 미량의 열 일수 있지만, 여러 가지의 전자기기의 열을 모아 보일러나 전기장판 등에 연결하여 사용할 수 있다면 꽤 효율적이지 않을까 생각한다. 다만 전자제품 등의 열 회수를 위해 어떻게 연결과 열교환을 해야 할지가 관건일 듯하다.
5) 태양열 발전이나 지열발전에 이용되는 축열기에 나노유체를 적용하면 그만큼 열전달이 빨라지고, 저장할 수 있는 열량이 많아져 발전기의 용량이 허락된다면 그만큼 효율을 높을 수 있지 않을까 생각한다. 지금은 탄소 저감을 위하여 화석연료를 사용하지 않는 방식의 발전이 각광받고 있고 태양열발전과 지열발전이 그 대안으로 떠오르고 있지만 원자력발전이나 다른 발전방식에 비해 아직 효율성이 미미하여 크게 상업화를 이루지는 못 하고 있는 실정이다. 그러나 나노유체를 적용하여 효율성이 증대될 수 있다면 태양열 발전과 지열발전이 화력발전을 대체할 수 있을 것이다.
미래과학기술을 ‘나노과학기술’ 이라고 말한다. 그만큼 나노과학기술이 우리에게 가져다줄 미래의 생활은 많은 변화를 가져다 줄 것이다. 그 중에서도 나노유체를 통해 우리의 삶은 더 윤택해 질 것이다.
나노유체란 무엇인가? 나노유체란 말 그대로 유체에 나노사이즈의 입자를 섞은 유체를 말한다. 이러한 나노유체는 냉각과 가열을 조절한다. 물질의 냉각과 가열을 조절한다는 것은 우리에게 큰 이점을 가져다준다. 나노유체로서 열전도도가 높은 금속입자를 포함한 혼합 유체의 열전도도는 기존 유체의 열전도도보다 대폭 증가하게 되어 열교환 성능 향상을 가져오게 된다. 예를 들면, 동일한 냉각부하를 처리하는 열교환기의 크기를 지금보다 작게 만들 수 있다.
또한 나노입자를 혼합한 나노유체를 열교환기 열전달 유체로 사용할 경우 열전달이 향상되어 에너지 절약효과로 열교환기 소형화 및 경량화가 가능하여 구동동력 및 운전비용 감소가 기대 된다. 그리고 탄소계 물질의 특성인 윤활성으로 인해 시스템에 줄 수 있는 손상을 최소화 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 나노유체는 냉각유체로서 많은 관심을 받고 있다. 냉각유체로서 냉장고나 자동차 내연기관의 열을 줄이는 역할을 기대하고 있다. 이러한 특징들로 통해 우리가 사용하고 있는 것들을 좀 더 발전시킬 수 있는 것이다.
하지만 이러한 장점에도 불구하고 아직까지 해결하지 못한 문제가 남아있다. 그중에서도 가장 중요한 문제는 나노입자를 얼마나 유체 속에 분산시키느냐 하는 문제이다. 현재까지 기술로는 입자들이 약 2주 정도 지나면 뭉치고 가라앉아서 점점 나노유체로서의 특성을 잃어간다는 점이다. 이 부분을 해결하는 것이 큰 과제이며 이를 해결 할 수 있다면, 우리의 삶이 더 윤택해 질 수 있을 것이다.
나노유체는 냉각과 가열을 조절할 수 있는 신소재 물질이다. 그리고 현재 우리가 풀어야 할 과제라고 생각한다. 많은 연구개발이 진행되고 있지만 아직까지 실생활에 완벽하게 적용된 사항은 드물다. 이를 연구개발하고 그 결과를 토대로 우리의 삶의 질을 높이는 것이야 말로 우리 공학도이자 엔지니어가 해야 할 부분이라고 생각한다. 나노유체로서 인간의 삶의 질이 더욱 윤택해지는 삶을 기대해보며, 그 속에 엔지니어로서 내가 중요한 역할을 수행했으면 하고, 꼭 그렇게 되길 기대해 본다.
REPORT
유 체 역 학

키워드

나노,   유체,   연구,   조사,   나노유체,   열전달