나노유체의 풀비등에서 임계열유속 증가에 관한 실험적 연구

Abstract

반도체 집적도의 급격한 상승에 따라 전자부품은 많은 열소산을 필요로 하게 되었다. 또한 제품의 소형화에 따라 고효율의 냉각방법에 대하여 많은 연구자들의 관심이 높아졌다. 이에 따라 상변화를 수반하는 냉각방식이 각광을 받기 시작하고 있다. 상변화를 수반하는 냉각을 위해서는 사용되는 유체의 비등 특성에 관한 연구가 반드시 선행되어야 한다. 유체의 비등특성에 대한 기본적인 내용은 풀비등 곡선을 통해 알 수 있다. 풀비등 곡선에서 핵비등 영역의 시작, 임계열유속, 표면과열도 등의 정보는 냉각 모듈의 설계에 필수 자료가 된다. 최근 나노크기의 금속 또는 비금속 입자를 분산시킨 나노유체(Nano-fluids)에서 급격한 열전도도의 상승에 대한 연구결과가 발표되었다. 또한 나노유체의 풀비등에서 급격한 임계열유속의 증가 현상이 발생한다는 연구결과가 보고되었다. 그러나 각 연구자들의 실험 조건이 다르고, 각 조건에 대한 결과도 다르다. 뿐만 아니라, 나노유체의 우수한 열적 특징을 이해하기에는 데이터가 매우 부족하다. 따라서 본 연구에서는 최근 관심이 집중되고 있는 나노유체에 대한 비등특성과 임계열유속 증가에 관한 연구를 수행하고, 가장 기본적인 실험 조건 하에서 나노유체의 비등특성을 파악하고자 하였다. 실험은 먼저 순수물의 풀비등 실험을 통해 구성된 장치에서의 순수물의 임계열유속을 얻어, 실험 장치를 검증하고, 나노유체에 대한 풀비등 실험을 수행하였다. 나노유체의 실험은 입자의 종류, 입자의 크기, 그리고 나노유체의 농도에 따라 임계열유속과 비등곡선이 어떻게 달라지는지 알아보았다. 순수물과 나노유체의 비등과정의 차이점을 살펴보기 위하여 초고속 카메라를 이용하여 비등과정을 가시화하였다. 그리고 나노유체의 풀비등 실험 후, 나노입자가 도포된 히터를 그대로 사용하여 순수물의 풀비등 실험을 수행하였다.