에너지 전달현상 실험실

자연을 닮은?

천재 유교수의 생활이라는 일본 만화가 있는 데 거기에 홍차에 대한 에피소드가 있습니다. 영국의 어떤 교수의 이야기인데 잘만 끓이면 홍차는 세상에서 가장 맛있는 음료이며 바람, 흙, 나무와 물이 담긴 음료라고 하는데요. 평소에 홍차를 딱히 좋아하지 않더라도 그런 장면을 보면 홍차를 먹고 싶어 집니다. 알고 보면 홍차도 와인만큼이나 맛이 다양하고 이전 직장에서 커피 못마시던 룸메이트가 매일 만들어 먹어 옆에 앉아 있던 저의 호기심을 자극했죠. 

홍차이야기

홍차는 와인처럼 색과 향이 중요해서 희고 넓게 퍼진 잔에 따라 마신다고 합니다. 팔팔 끓는 물에 정확한 시간을 우려내야 하구요. 아무것도 안 섞은 straight tea와 뭔가 섞은 flavored  tea가 있고 자주 보이는 Earl grey라는 놈은 베르가못이라는 오렌지 비슷한 식물의 향이 들어간 일종의 flavored tea라고 하네요. 세계 3대 홍차는 인도의 다즐링, 스리랑카의 우바, 중국의 기문이라고 하는데 저는 이 중에 다즐링하고 기문을 마셔봤습니다. 다즐링은 살짝 청포도 향이 나는 것 같고 기문은 우롱차나 보이차처럼 살짝 스모키한 맛이 느껴졌던 걸로 기억합니다. 

오후의 홍차

만화 속 유교수님 처럼 천재는 아니지만 스콘과 홍차를 먹는 건 따라할 수 있겠죠. 일주일에 한 번은 실험실 학생들과 국민대학교의 명물 Place N의 스콘과 Afternoon tea를 함께 합니다. 딱딱하고 부담스러울 수 있는 연구 중간 점검을 즐겁게 해 줄거라 믿으면서요.

가스터빈

위에 날아가는 비행기 날개 밑에 달려 있는 놈이 엔진이고 그걸 썰어 보면 왼쪽 그림 같이 생겼습니다. 비행기의 엔진은 가스터빈이고, 왼쪽부터 압축기, 버너, 터빈입니다. 원리는 간단해서 공기를 압축해서 연료를 연소시키고 그렇게 얻은 고온, 고압의 기체로 터빈을 돌리는 것이죠. 응용 열역학에서 배우신 것 처럼 Brayton 사이클이고 터빈 입구온도를 높일수록 열역학적 효율은 좋아집니다. 비행기는 날아야 하니 효율이 조금만 좋아져도 연료를 조금 실어도 되고 승객을 많이 태울 수 있고 그 Merit은 여러분이 상상하는 이상이지만 재료의 녹는점 때문에 온도를 높이는 데 한계가 있고 그걸 극복하기 위해서 터빈 블레이드를 냉각하게 됩니다.

Film Cooling

가스 터빈 블레이드는 속이 비어 있습니다. 압축기 공기의 일부를 빼와서 블레이드 내부를 1차적으로 식혀주고 구멍을 통해 배출해서 블레이드 표면에 단열막을 형성하여 터빈 블레이드를 고온의 기체로부터 보호해 줍니다. 이를  Film Cooling이라고 하는데 최소의 유량으로 최대한 표면을 잘 덮고 지나가면서도 열전달을 키우지 않아 단열 효과를 유지시켜 주는 게 관건이겠죠. 그러한 목적에 부합하는 분사 각도와 분사하는 구멍의 배치를 찾아보는 것이 제가 석사 과정동안 그리고 박사 과정에 진행해서 후배들의 연구를 도와주며 진행한 일이었습니다.

감온성 액정

지금은 아주 널리 활용되는 방법이지만 제가 석사 과정을 밟던 1990년대에는 아주 최신의 열전달 측정 기법이 바로 감온성 액정(Thermochromic liquid crystal)을 이용한 측정법입니다. 온도에 따라 색깔이 변하는 물질을 표면에 바르고 카메라로 이미지를 찍어 온도를 얻어내는 방법이죠. 물론 장점은 복잡한 표면 열전달 현상을 구석구석 잘 파악할 수 있다는 겁니다. 처음 연구를 시작할 때는 많은 선배님들이 반신반의해서 저도 좀 우울했는데 결과적으로 쉽게 예상하기 어려운 결과들을 얻어냈고 박사 과정에 진학해서 정리한 것이기는 하지만 한편의 석사논문으로 학진 등재지에 2편, SCI급 국제 학술지에 2편의 논문을 게재했으면 만족스러운 결과를 얻은 거죠.