이번에 졸업하는 성민제, 김재율 군과 함께 한 졸업여행. 일본 대마도 이즈하라에 있는 식당에서

 

겨울옷을 갈아입은 학교 (2013년 12월 11일)

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참가자 단체사진

 

바이오매스 연소 관련 논문 발표 장면

 

두 주만에 후쿠오카에 다시 왔습니다. 생각보다 제 발표에 관심을 가져 주는 분 들이 많았습니다. 절대 다른 곳에 갈 수 없는 곳에서 학회를 해서 학회에 너무 열심히 집중해서 지칠 정도였던 학회였습니다. 단체로 찾아간 이 절에 천연기념물로 지정된 사진 속 단풍나무가 멋지더군요.



열전달  

어디서 저의 세부 전공을 물으면 '열전달'이라고 대답을 합니다. 그러다보니 이 과목에 대한 애착도 컸고 잘 해야겠다는 부담감도 동시에 작용했답니다. 이 과목을 처음 맡았던 2011년 봄학기에는 83명이라는 엄청난 수강인원에 수학적이고 난해한 이 과목을 영어로 강의해야한다는 것도 부담이었죠. '나름 재밌는 과목인데... 나 때문에 싫어하게 만들면 안되는데...'등의 느낌을 갖고 수업을 꾸며 봤습니다. 그 후로 2013년 봄학기에 이 과목을 다시 맡았고 여전히 수강인원은 60명이 넘었지만 그래도 한국말로 수업을 해서 좀더 이해하기 쉽게 수업할 수 있었고 2013년 가을학기 응용열전달 과목을 다시 가르치고 있습니다.

표지 이야기: 유체역학의 이란성 쌍동이

 


열전달과 가장 비슷한 과목을 고르라면 아마 유체역학이 아닐까요? 열이 들어가서 열역학을 생각하기 쉽지만 열역학이 추상적, 개념적이라면 유체역학과 열전달은 보이지 않는 열과 유체를 수학적으로 풀어나가는 부분이 많아서요. 2010년 2학기에 유체역학은 수면에 비친 빛으로 유체를 보여주는 디자인이었다면 열전달은 불빛을 통해 열을 느끼게 해주는 디자인을 했습니다. 유체역학은 푸른 빛의 교과서 그림과 어울리도록 파란 바탕으로 열전달은 붉은 색 계통의 교과서 그림과 어울리도록 따뜻한 색 계열의 화면을 만들었습니다.

연역법과 귀납법의 사이에서

 

왼쪽 사진 속 두 주인공이 제가 학교를 다닐 때 열전달을 가르쳐 주신 교수님들이십니다. 사진 속 왼쪽은 서울대학교 기계항공공학부의 최만수 교수님 오른쪽은 이준식 교수님이신데 최만수 교수님께 열전달 1, 이준식 교수님께 열전달 2를 배웠습니다. 두 분 모두 명강의로 유명하시고 감동적인 강의를 해 주시다보니 저도 열전달을 석사, 박사 과정을 통해 전공하게 되었겠죠. 최만수 교수님 강의는 귀납적이었습니다. 먼저 가장 간단한 경우에 대하여 - 예를 들면 양단에 등온 조건이 주어지고 내부 열생성이 없는 1차원 문제 -에서 출발하여 점점 복잡한 쪽으로 진행됩니다. 반면 이준식 교수님 강의는 연역적이었죠. 일반적인 경우에 대하여 식을 유도하고 특수한 경우에 대해 정리해 나가는 방식이었습니다. 

학생이었던 제 입장에서 수업시간에 당장 이해하기는 귀납적 접근이 쉬웠지만 나중에 체계적으로 정리가 잘 안되는 느낌을 받았고 연역적인 경우 체계적으로 정리는 잘 되는 것 같지만 처음 진입장벽이 있어 수업을 만들어 나가면서 두 길을 놓고 고민을 했습니다. 결과적으로 학부 열전달은 귀납적인 접근에 가깝게 대학원 열전달은 연역적인 접근을 따르는 쪽으로 정리가 되었습니다.

Nusselt, Reynolds  그리고 Prandtl

   

너무나 수학적이고 어려운 열전달 과목이었지만 생각만큼 수학으로 깔끔하게 풀리는 공학 문제는 그렇게 많지 않은 듯 합니다. 제가 주로 대류 열전달 관련된 연구를 하고 있어서 그렇게 느끼는 지도 모르겠지만요. 결국 우리에게 주어지는 많은 문제들 (열교환기의 체적 산정 등)은 주어진 유동 형태에서 대류 열전달계수를 예측하고 열량이 주어졌을 때 열교환 면적을 찾거나 열교환기가 주어졌을 때 출구 온도를 찾거나 하는 방향으로 정리가 됩니다. 결국 수업시간에 저는 유동 형태를 보고 Nu=f(Re, Pr)인 관계식을 적절히 찾아내고 Nu를 찾아 h를 구하여 열전달 문제를 해결하는 접근법은 꼭 챙겨가 달라고 호소(?)를 하게 되더군요. 전도, 대류, 복사의 기본 개념은 초등학교 때부터 배웠으니 잘 알고 있을 거라는 가정 하에요.

에필로그

이것도 행운이라고 해 주시는 분들이 많은데 학교에 오고 4년만에 4가지 열전달 과목 -열전달, 응용열전달, 열전달 특론(석사), 전달현상 특론(박사)를 모두 강의해 볼 기회를 가졌습니다. 아직은 첫 삽을 겨우 뜬 상태라고 생각하고 더 좋은 수업을 만들기 위해 늘 고민하고 연구할 것을 다짐해 봅니다.  

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Primary Heat Exchanger for Geothermal ORC

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지열발전은 풍력이나 태양열같은 다른 신재생 에너지와 달리 전기를 비교적 일정하게 계속 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 그럼에도 불구하고 화산대 내지는 지진대가 아닌 곳에 위치한 우리나라는 지열 자원이 풍부한 편이 아닙니다. 지열을 이용하여 증기를 만들어 터빈을 돌리기 위해서는 100도가 훨씬 넘는 고온이 필요한데 그러기 위해서는 매우 깊은 곳까지 시추를 해야하고 공사도 어려울 뿐더러 경제성을 갖추기도 어렵겠죠. 그래서 대안으로 나온 것이 물 대신 냉매를 작동유체로 활용하여 터빈을 돌리는 유기랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle)입니다. 유기랭킨 사이클에는 증발기와 응축기가 들어가는데 우리 실험실에는 주전열면 열교환기를 유기랭킨사이클에 적용하기 위한 해석 및 설계 기법 개발에 관한 연구를 수행하고 있습니다.

 

일본 야마구치에서 열린 국제 전달현상 학회에 다녀 왔습니다. 바이오매스 연소 관련된 논문을 발표하고 연소 세션의 좌장을 맡아 진행하였습니다. 사진은 좌장을 맡은 세션에서 세션 시작하기 전 도우미 학생에게 부탁해서 찍었습니다.

 

유난히 여름이 길었던 올해도 가을이 찾아 왔습니다. 가을은 왠지 금방 가 버릴 것 같기도 한데 그래도 가을을 잘 느낄 수 있는 공간에서 생활을 하니 짧은 시간을 길게 보낼 수 있을 것 같습니다. 2013년 10월 24일 찍은 사진

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별것 없는 듯 뭔가 있는 논문?이라고 주장한 논문입니다. ORC를 하는 분들이 세계적으로 꽤 많다는 걸 확인하기도 했고 주전열면 열교환기에 관심을 보이는 분들도 많은 듯 했고. 정말 오랜만에 (아마 2008년 IHFT이후 5년 만) 포스터 발표 했는데 포스터 앞에 3시간 동안 서 있는 건 좀 힘들었습니다. 그래도 포스터 예쁘다고 사진 찍어도 되냐는 분들도 많았고 저널에 출판한 것 있으면 보고 싶다는 분도 있어서 힘이 되었습니다.

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