계면활성제 첨가에 의해 흡수식 열펌프의 성능이 향상되는 것은 이미 알려져 있으며 이러한 현상은 계면활성제에 의한 마란고니 효과가 주된 원인인 것으로 생각되어 지고 있다. 그러나 마란고니 대류가 발생하는 정확한 mechanism은 밝혀지지 않은 상태이다. 본 연구에서는 마란고니 대류에 의한 동적 박막 흡수기 내에서 일어나는 열 및 물질전달 성능 향상에 관한 연구를 수학적 모델링 및 수치모사를 이용하여 수행하였다. 기존의 정적 액막을 대상으로 한 수학적 모델 보다 개선된 동적 박막을 대상으로 하는 모델을 개발하였으며 개발된 수학적 모델은 동적 박막내부에서의 속도분포, 온도 분포 및 용질의 농도 분포를 예측할 수 있음을 확인하였다. 그리고 이 모델을 적용한 수치모사를 통해 마란고니 대류가 흡수기내의 열 및 물질전달에 미치는 영향을 분석하였다. 연구 결과로부터 계면활성제에 의해 마란고니 대류가 일어나는 경우 흡수기내의 열 및 물질전달 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 흡수기의 운전 조건인 초기 용액의 온도, 농도 등이 마란고니 대류 생성에 미치는 영향을 분석하기 위해 각각의 운전 조건에서 임계 마란고니 수를 구했으며 그 결과로부터 초기 용액의 온도와 농도가 낮을수록 임계 마란고니 수가 작아지고 따라서 이러한 조건에서 대류가 쉽게 유발되는 것을 알 수 있었다.

In absorption refrigeration system, it is well known that water vapor absorption into aqueous lithium bromide (LiBr) solution is enhanced by addition of surfactants. The Marangoni effect plays a role but its mechanism is not clearly understood yet. In the present study, the enhancement of heat and mass transfer due to Marangoni effect was investigated using mathematical modeling and numerical simulation in the falling film type absorber. We have developed an advanced Marangoni convection model which is able to predict the velocity, temperature and composition distribution in the falling film type absorber. Based on the model, the effects of Marangoni convection on the heat and mass transfer in the absorber have been examined. As results, the efficiency of heat and mass transfer has been increased due to Marangoni effect. And the sensitivity analysis of different operating conditions for Critical Marangoni Number has been carried out. The Critical Marangoni Number has decreased as the inlet temperature and composition of the water/LiBr solution has decreased. In other word, these conditions of solution can favor instability of the falling film.

Falling Film Type Absorber Numerical Simulation Surfactants Marangoni Convection

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