파우더 단열법의 단열 성능 분석과 유효 열전도도 예측에 관한 연구

Abstract

단열은 에너지 절약과 극저온 응용에서 아주 중요한 역할을 한다. 파우더 단열법은 크고 복잡한 구조, 그리고 극저온 액체의 저장 및 운송 탱크와 같은 극저온 시스템에 널리 사용되고 있다. 파우더 단열법은 진공 단열법과 함께 사용할 경우 단열성능을 더욱 높일수 있다. 진공 파우더 단열법의 단열층에는 입자가 작고, 무게가 가볍고, 공극률이 큰 분말과 잔류가스가 충진되어 있다. 지금까지 발포 펄라이트, 유리 마이크로스피어, 발포 폴리스티렌 비드와 같은 파우더 단열재의 단열성능에 대해 주로 실험적 연구가 진행되어왔다. 하지만 파우더 단열재의 다양한 입자 형태, 입자 크기 분포, 기공크기등 특성으로 인해 파우더 단열법의 단열성능 예측은 아직도 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 기존에 개발된 다공성 매질의 유효 열전도도 예측 모델을 이용하여, 파우더 단열법의 유효 열전도도 계산 방법을 제시하였으며, 이러한 계산 모델은 다양한 극저온 온도와 다양한 진공 압력 범위에서 발포 펄라이트, 유리 마이크로스피어, 발포 폴리스티렌 비드를 이용한 단열시스템에 적용된다. 파우더 단열법의 유효 열전도도 계산을 위해 고체와 유체를 통한 열전달, 고체입자의 면접촉으로 인한 열전달 , 그리고 복사열전달을 고려하였다. 그리고 계산 결과를 기존의 실험적 연구에서 얻은 실험 데이터와 본 연구에서의 실험 데이터와 비교하였으며, 계산 결과와 실험 데이터가 잘 일치하는 것을 볼수 있다. 그리고, 파우더의 변형계수에 대한 경험식을 제시하였다. 또한, 파우더 단열법의 단열성능을 잔류 가스의 압력, 종류, 그리고 파우더의 종류, 입자크기, 밀도 등에 따라 분석하였다.