폐 바이오매스의 열 화학적 전환 공정 중 하나인 급속열분해 공정은 공정변수에 따라 열분해 생성물의 수율 및 특성이 변화한다. 급속 열분해 반응이 이루어지는 반응기는 전체 급속 열분해 공정의 핵심이며, 폐 바이오매스의 급속열분해 반응을 위해서는 1,000~10,000℃/s의 빠른 열전달 속도, 500℃의 열분해 반응온도, 1~2초이내의 열분해 생성물 체류시간이 요구된다. 따라서 이를 실현하기 위한 급속열분해 반응기 개발에 많은 연구가 진행되었다. 현재 개발되어 사용 중인 대표적인 급속열분해 반응기는 기포 유동층, 순환유동층, 분사층, Augur형, 융해열분해, 진공열분해 등의 반응기가 있다. 이중 분사층 반응기는 기체-고체 간의 열 및 물질전달이 우수하고, dilute spouted bed regime 에서는 반응기 내 열분해 가스의 체류시간이 짧아 오일의 수율을 기존 유동층 반응기 보다 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 분사층 급속열분해 반응기 내 폐 바이오매스의 급속 열분해 반응은 기체-고체간의 수력학적 특성과 열전달 특성에 영향을 받는다. 따라서 분사층 급속열분해 반응기의 최적 설계와 운전을 위해서는 반응기 내 수력학적 특성과 열전달 특성에 대한 정보가 필요하다. 그러나 현재까지 분사층의 운전조건에 따른 분사층 내 열전달 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 분사층 내 열전달 특성 연구를 위하여 열전달 센서를 설계/제작하였으며, 제작된 열전달 센서를 통하여 분사층내 기체-고체간의 열전달 특성을 측정하였다. 분사층 내 기체-고체간의 열전달 실험은 공탑 속도, Geldart 입자분류, bed 높이를 실험변수로 하여 실험을 수행하였으며, 실험을 통하여 실험변수에 따른 분사층 내 기체-고체간의 열전달 계수의 변화를 연구하였다.

For material recovery of black carbon and pyrolysis oil, pyrolysis is considered as an alternative to combustion-based technologies for treatment of waste tire. This study investigated the heat transfer optimization in a pyrolysis reactor for waste tire chips with a capacity of 24 t/d. The reactor was required to have a larger heat transfer rate from hot gas to tire chips in the early stage of pyrolysis, whereas the rate in the later stage should be lower. This was to prevent thermal cracking of heavy compounds in the pyrolysis vapor and to improve the quality of black carbon. CFD was applied to analyze the flow and heat transfer in the complex geometry of the reactor for a total of nine design cases. It was found that modifications to control the distribution of gas flow rate along the reactor are more effective for the present reactor than adjusting the measures for heat transfer enhancement (such as fins). The ideal design improvement was to divide the reactor into two gas sections for a separate control of the flow rate, and to remove the fins of which its alignment perpendicular to the flow inhibits the hot gas from approaching the tube of tire chips.

Heat transfer and flow characteristics in a pipe in which the rotating cutting tool for boring a underground pipe without digging were considered in this study. The amount of heat generation due to the friction between the rotating cutter and pipe wall, mixing flow of air and water injected to cool down are the two important factors to design the boring machine. Computational fluid dynamics analysis using the Eulerian mixture model and the standard k-ε turbulence model was used to analyze the complex phenomena in a pipe during the process. Results show that pipe wall temperature decreased with increasing the cooling water inlet velocity. It is also shown that pipe wall temperature was lowered when the cutter rotation speed was increased until 600 rpm. There was no further cooling effect over 600 rpm.