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2026 하계방학 연구계획
하계방학 기간 동안 진행할 실험 셋업, 데이터 취득, 논문 작성 일정을 분야별로 정리하고 공유합니다. (2026.07.01 PCHL Summer Vacation Meeting 기준)
비등 · 칩쿨링 / IR 센서 개발
- IR 센서 3개 동시 구동 실험 (1ch 3chain / 3ch 1chain 검증)
- 헬리컬 코일 벽면 4방향 온도 측정 브래킷 설계 및 방사율 보정
- 12개 센서 확장 실험 (8ch 컨버터, 3채널×4센서)
7월 Hot plate 고온실험 설계·실험 · 8월 나선형 배관 센서 부착방안 도출·부품 제작
i-SMR 실험
- 헬리컬 코일 절연부품(Gasket, Flange) 및 공급라인 피팅 확보
- 전기 계장 마무리(압력계·유량계·마그네틱펌프 DAS 연결), 분전반 배선
- 축압기/충진기, TC 포트, 냉각탑 팬, 도압관, 예열히터 세부 작업
7월 배관·계측기 실험 루프 구축 완료 · 8월 실험장치 시운전
비등 가시화 연구 / LED 조명 제작
- LED 광학계(TIR 렌즈·Mount) 설계 및 회로 구성, LED 테스트
- ITO heater 기반 직접접촉 비등 실험 구조 설계, Jig·Chamber 재설계
- LED·카메라(HSV, IR) 위치 정렬, i-SMR 냉각수 루프 구축 지원
7월 LED칩 냉각부·Optics 설계 완료 · 8월 조명장치 제작·비등가시화 광학계 구축 완료
※ 세 분야 모두 i-SMR 실험에 협업 참여하며, 신규 연구원은 연구실 적응 후 희망 분야를 배정받습니다.
Boiling 상분포 가시화 이미지 영역 마스킹 코드 개발
Meta의 Segment Anything Model(SAM)을 활용해 비등 가시화 이미지에서 dry spot · microlayer · bulk liquid 영역을 포인트 클릭만으로 분할·라벨링하는 인터랙티브 마스킹 도구를 개발했습니다. Python 설치 없이 실행되는 독립 설치파일(.exe)로 배포하여 실험 데이터 후처리 워크플로우를 자동화했습니다.
SAM(ViT-B) 기반 포인트 프롬프트 분할 · dry spot / microlayer / bulk liquid 3-클래스 색상 오버레이 · 멀티페이지 TIF 폴더 배치 처리
기술 스택
포인트 프롬프트 기반 분할
SAM 추론 엔진
멀티페이지 TIF 입출력
클릭 UI · 파일 열기
독립 실행파일(.exe) 빌드
설치 마법사 제작
주요 기능
- 포인트 클릭으로 즉시 영역 분할 (좌클릭 포함 / 우클릭 제외)
- dry spot · microlayer · bulk liquid 3-클래스 색상 오버레이
- 파일 열기 대화상자 내장 + 폴더 배치 순회 · 이어하기
- Python 설치 없이 실행되는 독립 설치파일 (오프라인 동작)
자료: BoilingMaskingTool_Slide.pdf (연구실 내부 문서)
A Simple view on the Microlayer Formation Mechanism
마이크로레이어 형성은 벽면 경계층의 잔류가 아니라, 이동하는 기포 계면이 벽면에 액막을 남기는 film deposition 문제(일반화된 Landau–Levich, visco-inertial 레짐)로 보는 것이 타당하다는 관점을 정리했습니다.
Cooper–Lloyd(1969)의 velocity boundary layer 잔류 가설(δ₀ = c·√(ν·t))과 일반화된 Landau–Levich film deposition(h ~ ℓc·Ca²ᐟ³) 두 시각을 비교하고, 이를 구분할 판별 실험을 제안합니다.
경계층 이론 (Cooper–Lloyd, 1969) — 기각
- δ₀ = c·√(ν·t): 사실상 차원해석 — 왜 그 두께가 남는지 정하는 물리가 부재
- 단상 벌크유동 개념 → 자유계면 경계조건이 들어갈 자리가 없음
- σ·젖음성·접촉선을 원리적으로 배제 (δ는 ν, t만의 함수)
- 상수 c가 문헌마다 0.3–1.0으로 부유 — 사실상 피팅 상수
LLD Film Deposition (일반화) — 채택
- h ~ ℓc·Ca²ᐟ³: dynamic meniscus 두께 선택 메커니즘
- 계면 발치 정체점에서 점성응력 ↔ 모세관압 경쟁이 잔류 두께를 선택
- σ, 라플라스압, 접촉선 물리를 자연스럽게 포함
- DNS 근거: Guion et al. (2018), Bureš & Sato (2021)
- 단, 고전 LLD(저Ca·준정상) 직접 적용 불가 — 관성·비정상 보정 필요
경계층 이론의 구조적 결함 (스케일 논거)
- δ ~ 1 μm 스케일에서 라플라스압 σκ는 수~수십 kPa급 — σ를 빼면 문제가 닫히지 않음
- Triple contact line의 dynamic contact angle·증발성 접촉선 후퇴·disjoining pressure를 BL로는 설명 불가
- 젖음성 개질에 따른 마이크로레이어·dryout 거동 변화는 δ(ν,t) 이론으로 원리적으로 설명 불가능
기포 성장 R ~ √t → 계면속도 U ~ t⁻¹ᐟ² → deposition 두께에 √t 유사 시간의존성이 자연스럽게 유입됩니다. 즉 경계층 물리의 검증이 아니라 기포 운동학의 반영이며, 시간 스케일링만으로는 두 이론이 판별되지 않습니다.
판별 실험: 비정상 Dip Coating (속도 프로파일 제어 인출)
표면을 액조에서 수직 인출하며 속도 프로파일(가속·등속·감속)을 제어합니다. 감속 구간 U ~ t⁻¹ᐟ²로 기포 계면 운동학을 모사하여 δ₀(r) ↔ h(z)를 일대일 대응시킵니다.
동일 노출시간 t, 상이한 속도 이력 조건에서 BL 이론은 동일 두께를, LLD 이론은 순간 Ca(t)²ᐟ³ 값을 추종합니다. σ를 독립적으로 바꿀 때 BL은 무의존, LLD는 의존 — 반증 가능한 구조입니다.
예상 두께 수십–150 μm (Ca ~ 10⁻³–10⁻²) 범위로, 공초점 현미경·분광반사계를 병용합니다. 저속(박막) 구간은 기존 박막 간섭계를 활용합니다.
순수 물은 오염에 의해 Marangoni 효과가 비대화(~2.5배)될 수 있어 실리콘 오일 기준선을 병행합니다. 인출 후 중력 배수를 보정하고, Ca·Re·비정상성 무차원수를 실제 기포 조건과 매칭합니다.
Refs: Cooper & Lloyd (1969) · Landau & Levich (1942) · Guion et al., IJHMT (2018) · Bureš & Sato (2021)
SCR–전극 연결부(Joule Heating) 설계
대전류 인가 시 안정적인 전류 공급을 위한 부스바(busbar) 지지·절연 구조 및 DC 전력 배선 설계를 검토하고 있습니다.
SCR 정류기 → 전극(2조) · 150V / 1000A DC · 배선거리 약 15m(편도) · 두께 6mm 고정
- 단면적
- 645 mm² (1.0 in²)
- 전류밀도
- 약 1.55 A/mm²
- DC 허용전류*
- 약 1,300 A
- 설계 여유율
- +30% (vs 1,000A)
- 소요 수량
- 2조 (+/− 각 1)
* 실내 40℃ 주변온도, 온도상승 30℃ 기준 (CDA 부스바 전류용량표 환산)
(+) 출력 → 15m · 100×6mm → 전극 1 (+)
(−) 출력
설치 · 재질 권장사항
- 재질: C11000 (전기동, ETP) 평각 부스바
- 접속부: 주석(Sn) 도금 → 접촉저항·부식 방지
- 지지: 절연 스탠드오프 1.0~1.2m 간격 고정
- 15m 구간: 강성 바 분할 + 전극단 유연 동브레이드 조인트 권장
- 볼트 체결부 규정 토크 관리, 정기 열화상 점검 권장
경제형 대안
- 89 × 6 mm (564 mm²) → 약 1,200A, 여유 +20%
- 76 × 6 mm (484 mm²) → 약 1,000A
150V / 1000A DC 전력배선
실리콘 절연전선 95 SQ × 5가닥 병렬 구성(극당) 권장 — 왕복 30m 기준 전압강하 1.3V(0.9%), 전류밀도 2.1 A/mm².
자료: Copper Development Association(CDA) 동부스바 전류용량표 기준 산정치. 최종 설계는 IEC 61439 등 관련 규격 및 제조사 데이터로 검증 필요.
DC 전력배선 가닥 수별 성능 비교 (1000A 연속, 왕복 30m)
| 구성 (극당) | 가닥당 전류 | 도체 온도 | 전압강하 | 케이블 발열 |
|---|---|---|---|---|
| 2 × 95 SQ | 500 A | 180–200 ℃ | 4.4 V (2.9%) | 4.4 kW |
| 3 × 95 SQ | 333 A | 100–130 ℃ | 2.4 V (1.6%) | 2.4 kW |
| 4 × 95 SQ | 250 A | 70–90 ℃ | 1.7 V (1.1%) | 1.7 kW |
| 5 × 95 SQ ★ | 200 A | 55–75 ℃ | 1.3 V (0.9%) | 1.3 kW |
판매처 표기 허용전류 500A는 도체 200℃ 한계 기준 — 설계 기준 아님. 현실적 최소 3가닥(이격 포설), 권장 4~5가닥. 5가닥 구성 전선 재료비(150m)는 약 600만원(도매 시 20~30% 절감).
시공 핵심 체크리스트
- 1길이 동일화
병렬 가닥 ±2% 이내 절단 — 길이 차는 전류 쏠림 유발
- 2양단 부스바 집결
동 부스바에 가닥별 압착 러그 볼트 체결
- 3전용 육각 압착
극세연선용 다이스 사용, 납땜 병용 금지(크리프)
- 4이격 포설
가닥 간 케이블 직경만큼 이격 시 허용전류 20~30% 개선
- 5DC 정격 보호기기
150V DC 차단기/퓨즈 — AC용 유용 금지(아크 소호)
- 6IR 열화상 검수
초기 통전 시 가닥·접속부 온도 확인 → 전류 불균형 탐지
IR Sensor Heating Problem
고온 실험 환경에서 적외선(IR) 센서 자체 발열로 인한 계측 오차 원인을 분석하고 냉각/차폐 대책을 검토 중입니다.
0.5″(12.7mm) 배관 · 표면 300℃ · 반경 100mm, 원주 90° 간격 IR 센서 4개 (FOV 4°, ⌀8mm)
권장 배치 (45° 회전)
300℃
직상방 회피 → 수평 오프셋 71mm ≫ 플룸 반폭 15~25mm
입사 열유속 ≈ ε×390 W/m² (ε 0.7 시 ~270 W/m², 태양상수의 1/4) · 흡수량 ~14mW → 센서 온도 상승 +10~20K 이내, 전도 방열로 충분히 해소
측면·하부: entrainment 상온 공기로 오히려 냉각 → 안전. 직상방(z/D≈8): 플룸 중심 공기 50~90℃ + 요동 → 과열·드리프트 유일 위험 지점
100mm에서 스팟 7~15mm vs 배관 폭 12.7mm → 데이터시트 스팟 차트 확인 · 정렬 여유 ±2.8mm(±1.6°) → 조준 지그 권장