본 논문은 에너지를 실시간으로 저장할 수 있는 저장장치 중 열에너지 저장 콘크리트를 대상으로 재료의 미세구조와 물성(열전도 도)의 상관관계를 분석하는 연구를 수행하였다. 에너지 저장 콘크리트의 열전도 성능을 증가시키기 위해 혼화재인 그라파이트 (graphite)를 사용하였다. 그라파이트가 시멘트 질량의 10%와 15%를 치환한 시편과 일반 콘크리트(OPC) 시편을 제작하여 그라파이 트의 혼입에 따른 미세구조 변화 및 열전도도의 영향을 마이크로 스케일에서 분석하였다. 마이크로-CT를 활용하여 OPC와 그라파이 트를 사용한 콘크리트의 공극률을 비교하였으며, 확률함수를 사용하여 미세구조 특성을 정량화하였다. 미세구조 특성 차이가 열전도 도에 미치는 영향을 확인하기 위해 3차원 가상 시편을 제작하여 열해석을 수행하였으며, 이를 열평판법을 사용하여 측정한 열전도도 실험 결과와 비교하였다. 열해석 수행 시 그라파이트 재료가 지닌 열전도도 성능을 반영하기 위하여 해석 결과와 실험 결과를 기반으 로 고체상의 열전도도를 역해석을 통해 계산하였으며, 그라파이트가 시편의 열전도도에 미치는 영향에 대해 분석하였다.

A 2D axisymmetric numerical analysis was performed to study the characteristics of charge process inside solar thermal storage tank. The porosity and heat transfer coefficient of filler material as well as inlet velocity of heat transfer fluid are selected as simulation parameters. The porosity is varied as 0.2, 0.5, and 0.8 to account for the effect of filler granule geometry. Two levels of the heat transfer coefficient is adopted to assess the heat transfer between heat transfer fluid and filler material. The inlet velocity is varied as 0.00278, 0.0278, and 0.278m/s. As both of the porosity and the heat transfer coefficient increase, the discrepancy of the temperature distributions between the filler and heat transfer fluid decreases. As the inlet velocity increases, the penetration depth of the heat transfer fluid increases proportionally.

A 2D axisymmetric numerical analysis was performed to study the characteristics of charge process inside solar thermal storage tank. The interfacial area density and inertial resistance of filler material are selected as simulation parameters. The interfacial area density is varied as 800, 2000, and 4000 1/m. The inertial resistance is varied as 1, 3, and 5 1/m. When the interfacial area density increases from 800 to 4000 1/m, the discrepancy of the temperature distributions between the filler and heat transfer fluid decreases. As inertial resistance increases from 1 to 5, both of the temperature and fluid flow pattern changes considerably.