IMSL 로고 지능형 다중물리 시스템 연구실Dongguk University
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Research

연구 분야

일관된 CFD 방법론 위에서 다루는 물리를 확장해 왔습니다. 유체역학에서 표면반응, 전기화학, 그리고 AI 통합 설계로 이어집니다.

고체산화물 셀 반복 단위의 열, 물질, 전하 전달과 전극 반응 개념도
01

Multiphysics CFD for SOFC/SOEC

고체산화물 연료전지/전해전지 3차원 다중물리 해석
  • 질량, 운동량, 에너지, 전하, 반응을 연성한 고정밀 3D 모델 (Ansys Fluent + UDF)
  • 단일 채널(1 cm x 10 cm)부터 상용 셀(15 x 15 cm2), 스택(15 x 15 x 25 cm3)까지
  • 부하 변동 시 과도(transient) 열/전기화학 거동 해석
  • 열저항, 유동저항 제어를 통한 분리판(BP)/매니폴드 설계
온도 편차 65% 감소유량 편차 60% 감소스택 ΔT 66 -> 45 °C
촉매 반응기 내부의 물질 전달과 표면 반응 개념도
02

Reacting Flow & Reaction Kinetics

표면반응 유동 해석과 반응 메커니즘 도출
  • 유동 + 표면반응 2D 모델, CH4 개질 촉매 반응기 해석
  • 유전 알고리즘(GA)을 이용한 표면반응 메커니즘 자동 최적화
  • In-situ XPS, FT-IR, DFT 계산과 연계한 반응 경로 규명
  • GC/MS 잔류가스 분석(RGA)으로 실험 검증
Micro-kineticsGenetic algorithmCatalytic reactor
AI와 CFD를 결합한 스택 설계 개념도
03

AI-CFD Integrated Design

AI와 CFD를 결합한 다목적 최적 설계
  • 베이지안 최적화와 능동학습(active learning)으로 CFD 계산 비용 절감
  • 가우시안 프로세스(GP) 다목적 대리모델, ε-PAL 기반 Pareto 탐색
  • SOEC 운전조건 최적화: 온도 구배(ΔT)는 줄이고 효율(η)은 높이기
  • PINN(Physics-Informed Neural Network) 기반 스택 설계 플랫폼
Bayesian optimizationSurrogate modelPINN
자체 제작한 1 kW NH3-SOFC 스택
04

Stack & System for Green H2

NH3-SOFC, SOEC 스택 제작과 시스템 해석
  • 1 kW급 NH3-SOFC 풀스택(40셀) 자체 제작 및 장기 운전 검증
  • 가압(3 bar) NH3-SOFC 전기/수소 동시 생산 시스템
  • Internal cascade 스택으로 연료 이용률 극대화
  • 공기극 스팀 sweep gas를 적용한 차세대 SOEC
셀 전압 편차 31 mV총 효율 88.1%스택 FU 93.75%
Highlights

주요 연구 성과

"CFD is a tool for solving real problems." 해석에서 끝나지 않고 설계, 제작, 검증, 기술이전까지 연결합니다.

Dual alternative cross-flow 적층 구조와 스택 내부 온도차 개선(66 -> 45 degC)
NH3-SOFC 스택 설계 최적화

Dual alternative cross-flow 설계로 스택 내부 온도차를 66 °C에서 45 °C로 31.8% 줄였습니다. (Energy Conversion and Management, 2023)

SOFC 스택 반복 단위 구성품 분해도(분리판, 실링, 집전층, 셀)
스택 적층 기술 개선

분리판 표면 거칠기, 실링, 정렬 가이드를 개선해 5셀 스택의 셀 간 전압 편차를 0.36 V에서 0.045 V로 줄이고 출력을 23.3% 높였습니다.

가압 NH3-SOFC 전기/수소 동시 생산 시스템 개념도
가압 NH3-SOFC 전기/수소 동시 생산

3 bar 가압 챔버에서 운전하여 전기와 고순도 수소를 함께 생산하고, 총 효율 88.1%를 확인했습니다.

AI-CFD 통합 최적화 흐름도
AI-CFD 통합 SOEC 운전조건 최적화

CFD 결과를 능동학습으로 GP 대리모델에 추가하며 ΔT와 효율의 Pareto 최적점을 찾습니다. (Applied Thermal Engineering, 2026)