earticle

영어

In this paper, multi-physics numerical analysis was developed utilizing finite element method to analyze mechanism of space charge behavior for bipolar charge transport model in dielectric liquid. In the numerical analysis model, it was assumed that the dielectric liquid composed of a weak electrolyte and contained between the two-dimensional parallel plate electrodes. An electric field was generated using Poisson's equation derived from Gauss's law, and multi-physics analysis by drift-diffusion-conduction of space charges was successfully performed by combining the bipolar charge continuity equation and the thermal diffusion equation by temperature. The space charge propagation model was numerically stabilized by applying non-dimensionalization and artificial diffusion terms, and multiphysics numerical analysis modeling was verified through current calculation by the energy method. Finally, the usefulness of the multi-physics numerical analysis method proposed in this paper was verified through comparative analysis with the experimental values of the previous literature that tested the numerical results of the space charge transport model considering the ionic dissociation and recombination of ions under the same conditions.

한국어

본 연구에서는 절연유 내 양극성 전하 수송 모델의 공간 전하 거동에 대한 물리적인 메커니즘을 분석하기 위해 유한요소법 기반의 다중물리 수치해석 모델링을 제안하였다. 수치해석을 모델은 2차원 평행 평판 전극사이에 약전해질로 구성된 절연유체를 포함하고 있다고 가정하였다. 전기장은 가우스 법칙으로부터 유도한 푸아송 방정식 으로 생성하고, 양극성 전하에 대한 연속방정식과 온도에 대한 열 확산 방정식을 지배방정식으로 구성하여 드리프 트-확산-전도에 대한 공간 전하 거동을 성공적으로 해석하였다. 공간 전하 전파 모델은 무차원화와 인공확산항을 도입하여 수치적으로 안정화하고 에너지법에 의한 전류 계산을 통해 다중물리 수치해석 모델링을 검증하였다. 최종 적으로 이온의 해리작용과 재결합작용을 고려한 공간 전하 수송 모델의 수치해석 결과를 동일한 조건에서 시험한 기존 문헌의 실험치와 비교분석을 통해 본 논문에서 제안하는 다중물리 수치해석법의 유용함을 검증하였다.