역열전달 해석 방법을 이용한 LED 조명용 서모사이펀식 방열기 연구

김은희 인하대학교 일반대학원 2012 국내석사

본 연구는 LED 조명기기용으로 개발된 서모사이펀 방식의 heat pipe를 역열전달 방식의 유한요소해석을 통하여 열전달계수를 정량적으로 평가하였다. 실험과 해석은 총 3가지 사례가 진행되었다. 실험에서 얻어진 데이터와 해석 결과의 오차를 줄이는 시행착오 방법을 이용하여 연구를 진행하였다. 해석은 임의의 최초 열전달계수를 적용한 후 실험에서 얻은 데이터와 비교하여 비슷한 데이터를 찾아가는 역열전달 방식을 사용하였다. 구리로 제작된 방열기를 대상으로 첫번째 해석은 대기 상태에서, 냉매가 포함되지 않은 순수하게 방열기만을 고려하여 열전달해석을 진행하였다. 그 결과 방열기의 열전달계수는 40W/m2℃ 이었다. 두번째 해석은 방열기 내부에 냉매가 들어있으나 내부가 진공상태가 아니어서 냉매가 순환하지 않는 모델에 대한 열전달해석을 수행하였다. 그 결과 방열기의 몸통부분의 열전달계수는 95 W/m2℃이었다. 세번째로 진공상태에서 냉매가 순환되는 상태에서의 열전달계수는 몸통부분이 140 W/m2℃, 파이프 상승부의 열전달계수는 5W/m2℃, 파이프 최고점의 열전달계수는 35 W/m2℃, 하강부의 열전달계수는 120 W/m2℃가 나왔다. 해석으로부터 평가된 열전달 해석 모델을 실험 결과와 비교한 결과 실제 상황과 유사한 결과를 도출하였다. 연구에서 제시된 열전달 모델을 확인한 결과 진공 상태에서 냉매가 순환될 때 열전달성능이 가장 우수하였다

소형가스흡수식 냉·난방기에 적용되는 판형열교환기 개선을 위한 실험 및 수치해석 연구

전규형 서울산업대학교 2008 국내석사

ABSTRACT A Study on the Experiment and Numerical Analysis for the Plate Heat Exchanger Improvement Using The Absorption Chiller and Heater Kyu-Hyung Joen Supervisor Il-Young Kim Department of Housing Environmental Engineering Graduate School of Housing Seoul National University of Technology In this research, a PTHX for a 5 RT LiBr/H2O absorption chiller and heater is studied with experiment and numerical simulation. The PTHX consists of two heat exchanging circuits in one unit. The 1st circuit is a low temperature heat exchanger in which the low concentration solution exchanges heat with the high concentration solution. The 2nd circuit is a low temperature heat exchanger in which the low concentration solution exchanges heat with the medium concentration solution. Effects of various parameters such as channel shape and chevron angle are studied and a new design is suggested for improvement. (1) Heat transfer correlation Compared to test data, low concentration solution is 18% and high concentration solution is 5%. This error scope is quite appropriated. (2) Improvement Proposal The shape used before was triangle groove channel. Its chevron angle was 60. The shape used improvement proposal is triangle and half circle groove channel. Its chevron angle is 70. Compared before, Heat transfer rate increased 14.5% and pressure drop increased 36%. Suggested improvement Proposal is improved Heat transfer rate but pressure drop is not improved. So it will be need to additional study for reducing pressure drop. By this test, we confirmed that the more increases angle, the more increases Heat transfer rate and pressure drop. In the future, we are going to reduce test data and error scope by creating lattice like actual model. 본 연구는 소형가스흡수식 냉⋅온수기에 적용되는 기존 3.4 RT 모델에서 5 RT 모델에 적합한 판형열교환기를 설계하고 제작하여 성능시험을 수행하였다. 성능시험은 9가지 실험케이스를 통하여 유량의 변화에 따라 열량을 계산하고 예측되어진 이론값과 비교하였다. 전체적인 데이터를 적절히 통과하는 맞춤선 으로부터 데이터의 제곱편차의 합이 최소화되도록 하는 최소제곱법을 사용하여 예상되는 이론값과 실험값에 대한 열전달 상관식을 도출하였다. 또한 Fluent라는 수치해석프로그램을 이용하여 모양과 각도를 변화시켜 개선안을 제시했다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 열전달 상관식 도출 유량변화에 따른 9가지의 Case-study를 통하여 Empirical correlations(2002)의 상관식을 수정하여 실험값과 비교하였다. 아래의 식은 새로운 열전달 상관식으로서 저온부는 18%, 고온부는 5%의 오차범위로 잘 수렴하는 것을 확인 할 수 있다. 새로운 열전달상관식은 본 연구에서 사용되어진 판형열교환기에서만 적용이 가능하고 다른 열교환기는 적용이 불가하다. 추후 연구로 어느 형상이든 적용이 가능한 열전달상관식을 개발하여야 할 것이다. (2) 개선안 제시 Groove 형태에 따른 Case-study를 5가지 한 결과, Case-4(삼각형 + 반원형)가 기존형상에 비하여 열교환량은 4.76(%) 증가하였고, 압력강하는 45.13% 감소하여 열교환량은 높고, 압력강하는 줄어드는 가장 이상적인 형상으로 생각되어진다. Chevron angle에 따른 Case-study를 3가지 한 결과, 압력강하는 10% 미만으로 점차 증가하는 반면, 열교환량은 Case-3(70 〫)가 기존각도 대비 4.78(%)증가하여 다른 Case에 비해 가장 높아 이상적으로 생각되어진다. 기존에 사용했던 모양은 삼각형태의 그루브채널로 Chevron angle이 60〫이고, 개선안에서 도출된 모양은 삼각형태와 반원형을 합한 그루브채널로 Chevron angle이 70 〫로 도출되었다. 기존 안과 대비하여 열전달량은 14.5(%)가 증가 했고, 압력강하는 36(%)증가하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제시한 개선안은 열전달량은 향상된 반면에 압력강하도 같이 증가하여 압력강하를 줄일 수 있는 추가적인 연구가 필요하다. 판형열교환기의 입⋅출구 측의 포트부분을 생략하고 판 전체를 정확하게 모사하지 못하여 일부를 해석한 결과이지만 각도가 증가하고, 삼각 그루브 형태일 수 록 열전달량과 압력이 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 차 후 연구에서는 실제 모델에 가까운 격자를 생성하고 실험값과 오차범위를 줄이는 모델링 작업을 수행하여 실험결과와 비교가 수월하도록 해야 할 것이다.

판형열교환기 내 R448A와 R454C의 응축열전달계수 및 마찰압력강하에 대한 실험적 연구

양재완 고려대학교 대학원 2023 국내석사

전 세계적인 GWP가 높은 냉매에 대한 규제에 따라 GWP가 낮고 우수한 열전달 물성치를 지닌 R448A와 R454C는 각각 R404A의 단기적, 장기적 대체냉매로 주목을 받고 있다. 본 논문은 판형열교환기 내에서 R448A와 R454C의 응축열전달 특성을 연구하고 R404A 대체냉매의 Nu과 f-factor에 대한 상관식을 제안하였다. 판형열교환기의 쉐브론 각은 60°이며, 실험범위는 건도 0.2에서 0.8, 질량유속 15–35 kg m–2 s–1 범위이다. 열유속 조건은 3-7 kW m−2 이며 포화온도 범위는 20 ℃에서 27 ℃ 이다. R448A와 R454C의 응축열전달계수는 높은 열전달적 물성치로 인하여 R404A보다 크게 나타났다. 또한 R448A와 R454C의 마찰압력강하 역시 R404A보다 크게 나타났다. 추가적으로, 실험 결과를 기존에 다른 문헌들에 제시되었던 상관식을 사용하여 예측된 값과 비교하였다. 본 연구는 실험결과와 상관식을 사용하여 R404A의 대체냉매 사용에 따른 판형열교환기 설계 개선 방향을 제시하였다. R448A and R454C, which have low-GWP and better heat transfer properties than R404A, are attracting attention as short-term and long-term alternative refrigerant to R404A, respectively, according to the worldwide regulations on refrigerants with high GWP. This paper investigates the condensation heat transfer and frictional pressure drop characteristics of R448A and R454C in plate heat exchanger and proposes correlations for Nu and f-factor of alternative refrigerants to R404A. The chevron angle of the plate heat exchanger is 60°. The heat transfer coefficient and frictional pressure drop were measured at qualities 0.2 to 0.8, mass flux of 15 kg m−2 s−1 to 35 kg m−2 s−1, and saturation temperatures of 20 to 27 °C. The condensation heat transfer coefficients of R448A and R454C were higher than that of R404A due to better heat transfer properties. Also, the frictional pressure drops of R448A and R454C were higher than that of R404A. Additionally, the experimental results were compared with predicted values using empirical correlations, presented in previous papers. Finally, this study proposed the improvement direction of plate heat exchanger design when applying alternative refrigerants to R404A using the experimental results and correlations.

Boiling heat transfer enhancement by bubble control using additive manufactured structures

심동일 Graduate School, Yonsei University 2024 국내박사

Al 소재의 응고 특성 및 재료 표면 열전달계수 측정 연구

마승환 전남대학교 대학원 2007 국내석사

열팽창계수 열전달 등의 열물성은 주조나 응고특성에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 열전달은 대류, 전도 및 복사 세 가지로 구분하는데 소재를 사용한 열전달은 표면을 통한 전도를 많이 사용한다. 표면열전달계수(h)는 열전달 수치해석이나 응력 계산 등에 입력 패라매타로서 매우 중요한 의미를 가지는 중요한 자료가 된다. h값은 시편의 표면 상태에 따라서 그에 상응하는 값을 갖고, 같은 소재라 하더라도 열전달의 형태와 방법에 따라서 다른 값을 갖는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 표면 거칠기가 다른 SUS304L 시편을 300℃와 400℃로에서 가열 후 상온의 증류수에 냉각시키는 도중에 변화하는 표면 온도를 박막 형 열전대를 사용하여 시간의 함수로 측정하였고, 일반적으로 열 물성 관련의 데이터가 부족한 실리콘, 사파이어 웨이퍼 등의 전자 산업분야에 적용되는 소재의 시편을 200℃, 300℃와 400℃의 전기로에서 가열 후 상온의 냉각매체(탈이온수, 실리콘 유, 공기)에 냉각시키는 도중에 표면 온도 변화를 박막형 열전대를 사용하여 시간의 함수로 측정하였고, 기본 열전달과, 표면 열전달계수를 측정하고자한다. 이로부터 Beck등이 주장한 매개변수 추정법을 사용하여 표면열전달계수(h)를 얻는 방법을 개발하였다. 측정된 표면열전달계수 값은 물의 비등곡선과 비슷한 형태이고 범위는 104~105 w/m2℃이다.)

판형 열교환기에서 맥동유동이 증발열전달에 미치는 영향에 관한 실험적 연구

정일권 國民大學校 大學院 2006 국내석사

열교환기는 용도에 따라 여러 가지 형태가 존재하며 그 중에서도 가정용 에어컨과 자동차의 엔진 냉각시스템 및 실내 공조시스템 등에 고밀도 열교환기가 사용되고 있다. 그 중에서도 판형 열교환기는 고밀도 열교환기(Compact heat exchanger)의 일종으로, 현재 냉동시스템의 증발기와 응축기로 폭넓게 사용되고 있다. 판형 열교환기를 이용한 열시스템의 성능을 향상시키기 위해서는 판형 열교환기의 열전달계수를 증가시켜야 하는데, 열전달 향상의 일반적인 방법으로 냉각유체의 유량을 증가시키는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 고밀도의 열교환기가 사용되는 현재의 열시스템에 적용하기에는 적절치 않다. 최근 유동공진(flow resonance)을 이용한 열전달의 향상 방법이 주목을 받고 있다. 본질적으로 불안정성을 내포한 유체유동에 교란을 발생시켜 와류를 형성시키고 와류가 가지고 있는 고유흐름 주파수(natural shedding frequency)와 일치하는 주기적인 외력이 가해지면 유동공진 현상을 일으키게 된다. 이러한 유동공진 현상을 이용하면 낮은 레이놀즈수의 유동에서도 대류 열전달계수를 촉진시킬 수 있다. 본 연구에서는 이러한 유동공진 현상을 응용하여 열전달 향상을 규명하기 위하여 판형 열교환기의 냉매(R-l34a)측에 맥동을 부가하였으며, 냉매유량은 15 kg/㎡s으로 고정하였다. 물측유량은 45~105 kg/㎡s, 맥동주파수는 5~25 Hz, 작동압력은 0.6~0.9 MPa의 범위 내에서 수행하여 열전달량 및 증발열전달계수를 구하고 이를 비교, 분석 하였다. 정상유동시에의 실험결과는 물측의 질량유속이 증가할수록 냉매로의 열유속이 증가하고 이로 인해 냉매 출구건도와 증발열전달계수가 증가하는 경향을 보여주었다. 맥동유동 실험에서 열전달 향상도는 정상유동과 맥동유동시 열전달계수 및 열전달량의 비로 평가하여, 물측 질량유속이 45 kg/㎡s, 맥동주파수가 10 Hz 일때 열전달량과 증발열전달계수는 각각 최대 3.8 %, 6.3 %의 향상비를 보였다. 각 맥동 주파수에서 물측 질량유속이 증가함에 따라 증발열전달계수의 최대 향상비는 감소하는 경향을 보였으며, 작동압력은 열전달계수의 향상에 거의 영향을 미치지 않았다. It has been already proved that heat transfer enhancement increase due to pulsating flow and oscillating flow. However, not much work has been done on pulsating flow characteristics at two-phase flow conditions. flow Evaporation heat transfer characteristics by pulsating flow in a plate heat exchanger have been investigated experimentally in this study. Nine vertical counter-flow channels were formed in the plate heat exchanger by ten plates of commercial geometry with a corrugated sinusoid shape of a chevron angle 120°. Refrigerant R-134a in 5 channels receives heat from the hot water in the other 4 channels. The effects of pulsating frequency, mass flux of hot water, and operating pressure of R-134a on the evaporation heat transfer were investigated. The pulsating frequency in refrigerant side of the plate heat exchanger is varied in the range of 5~25 Hz. The operating pressure of R-134a and mass flux of hot water are also varied 0.6~0.9 MPa and 45~105 kg/m2s, respectively. The results of the pulsating flow are compared with those of steady flow. The result has been evaluated from evaporation heat transfer coefficient and heat transfer rate in both steady and pulsating flow. Within the range of the present experiment, the results indicate that evaporation heat transfer coefficient is improved up to 6.3% compared with the steady flow at ω=10Hz and Gw=45kg/m2s. It is also found that the evaporation heat transfer enhancement ratio is decreased with an increase in mass flux of hot water. And the evaporation heat transfer enhancement was little influenced by operating pressure of R-134a.

리엑터용 고밀도 열교환기의 유동 및 열전달 특성

라병열 全南大學校 2007 국내박사

열교환기에서 에너지의 효율적인 이용 및 환경오염 측면을 고려하여 PI 개념을 적용한 열전달 촉진기술에 대한 관심이 증대되고 있다. PI 개념은 소규모이면서 안전하고, 에너지 이용효율이 높고 환경친화적인 설비 및 기술개발을 통해서 제작 및 공정상의 경제성의 극대화를 추구한다. 본 연구는 새로운 정적 믹서 엘리먼트를 개발하고, 정적 혼합기술을 응용한 열교환기 및 반응기의 압력손실과 열전달특성에 대한 실험적 규명을 목적으로 한다. 개발한 엘리먼트(SMXL-H형)는 장방형의 바에 홀을 갖는 구조로 Sulzer SMXL(SMXL-O)형에 비해 혼합율의 감소는 최소화하고 압력손실을 줄이기 위한 모델이다. 본 연구는 3 단계로 진행되었다. 첫째는 압력손실 측정시스템을 이용하여 제안된 엘리먼트의 압력 손실량을 측정하고 마찰계수를 도입하여 비교분석하였다. -ⅶ-두 번째는 열교환기 측정시스템을 이용하여 전열특성을 규명하였다. 측정 시스템은 동심 2중관 단일튜브 열교환기와 쉘-튜브형 열교환기를 교체하여 실험할 수 있도록 설계하였다. 세 번째는 임의의 직경을 갖는 중공 파이프의 한쪽 끝에서 시작하여 일정한 곡률과 일정한 길이로 규칙적으로 180도 밴딩하고, 파이프의 중앙부를 기준으로 180도 회전시켜 다시 동일한 곡률과 동일한 길이로 180도 밴딩하여 서로 엉킨 구조의 튜브 번들을 갖는 관형 반응기 시스템을 이용하여 전열특성을 규명하였다. 시험 유체는 글리세린과 물이며 열전달 유체로는 물을 이용하였다. 실험변수는 시험유체의 종류 및 유량, 열전달 유체의 온도이며, 측정된 온도를 이용하여 열전달 계수, Nu 수 그리고 전열량을 계산하였다. 본 연구에서 개발한 SMXL-H형 엘리먼트는-ⅷ- SMXL-O형에 비해 압력손실이 약 8.5%, 마찰계수는 약 9.7% 정도 감소하였다. 단일튜브 및 쉘-튜브 열교환기에서는 엘리먼트가 없는 경우와 2가지 종류의 엘리먼트를 삽입한 경우에 대해 시험 유체의 종류와 열전달 유체의 온도에 따라 열전달 특성을 비교・분석하였으며, 반응기에 대해서는 시험 유체의 종류와 열전달 유체의 온도에 따라 열전달 특성을 비교・분석하였다. 열교환기 및 반응기에 대한 연구결과, Nu 수와 열전달율은 정적 믹서 엘리먼트 형상과 유동조건에 따라 크게 달라지는 것을 알 수 있다.

판형 열교환기의 열전달 향상을 위한 딤플의 형상 및 배열에 대한 수치해석적 연구

김성준 동아대학교 대학원 2015 국내석사

최근 고도의 산업화가 가속화되면서 전자 및 기계장치들의 크기가 더욱 소형화되고 단위면적당 전열량이 매우 커지고 있는 실정이며 공간의 제약성에 따른 문제가 발생되면서 판형열교환기의 연구가 증가되고 있다. 판형 열교환기는 열전달율이 우수하고, 경량이며 효율적인 공간 사용과 간편한 유지 보수 그리고 안정적인 운전 조건의 장점을 가지고 있다. 판형열교환기의 열전달 성능을 높이는 방법으로 열교환기 관내 유동간섭물이 부착되는 방법이 있다. 유동간섭물은 유동을 교란시켜 유동왜곡과 2차 유동을 생성시키고 열경계층을 깨뜨리므로 국소적으로 또는 전체적으로 열전달을 향상시킨다.일반적인 유동간섭물로 딤플형이 있으며, 딤플의 형상 및 배열에 따라 다양한 성능과 압력강하 특성을 가지게 된다. 현재까지 많은 분야에서 딤플형 판형 열교환기에 대한 실험적으로나 수치해석적 방법으로 다양하게 연구되어왔다. 하지만 본 연구에서는 실험계획법을 이용하여 딤플형 판형열교환기의 설계주요인자를 설정하여 그에 따른 수치해석적 연구를 통해 딤플형 판형열교환기의 열전달 성능에 영향을 미치는 최적의 인자에 대하여 연구하였다. 본 연구에서는 판형열교환기 중 딤플형 판형열교환기의 형상 및 배열에 따른 입·출구 온도차(△T), 입·출구 압력강하 (△P), 내부 유체의 전열면적(A), 전열판 중심에서 딤플과 딤플사이의 열전달계수(h)에 대한 열전달 특성을 수치해석 상용프로그램인 ANSYS CFX V14.0을 사용하여 연구 결과를 고찰하였다. 연구결과, 실험계획법을 사용하여 27번의 실험을 9번의 실험으로 축소시킬 수 있었으며, 분산분석을 통해 본 연구의 열전달 특성에 유의한 인자를 확인 하였다. 또한 딤플의 종·횡거리와 딤플의 높이를 변화하여 해석한 결과, 종·횡 거리가 줄어들수록 전열면적이 증가하여 온도차가 증가하였고, 높이는 증가 할수록 전열면적이 증가하고 온도차가 증가하였다. 고온·저온 온도변화, 압력강하, 열전달계수는 딤플의 높이에 많은 영향을 받고 전열면적은 횡거리와 높이에 많은 영향을 받는다. 이를 통해 딤플의 열전달 특성은 종·횡거리 보다는 딤플의 높이에 영향을 많이 받는 것을 확인하였다. 본 연구에서 딤플형 판형 열 교환기의 설계시 딤플의 횡거리는 13mm 종거리 12mm 딤플의 높이 2.5mm를 가지는 전열판이 열전달 성능이 가장 우수하다. 주요어 : 판형열교환기(Plate Heat Exchanger), 딤플형(Dimple Type), 전열판(Heat plate), 형상(Shape), 배열(Arrangement), 압력강하(Pressure drop), 열전달계수(Heat transfer coefficient)

배가스의 효율적인 제거를 위한 열회수 시스템의 최적황 관한 연구

임성기 순천대학교 대학원 2023 국내박사

보일러 및 소성공정에서 배출되는 고온의 배기가스를 대상으로, 가스 냉각 및 대기오염 물질 저감을 위한 전처리 설비로 열교환기를 사용하여 냉각 및 수분제거와 대기오염 물질의 처리 효율을 평가하고, 열전달 특성의 수치해석과 실험값의 비교를 통해 설계의 신뢰도를 검증하였다. 원통다관형 (Shell & tube) 형식의 열교환기를 이용하여 아스콘 생산공정에서 배출되는 VOCs (Volatile Organic Compounds)를 처리하는 연구에서 열교환기에 의한 가스 냉각 및 수분 제거 특성을 평가하고, 수분 용축을 통한 VOCs 처리효율을 평가하여 흡착법 또는 약액세정법의 전처리 장치로 활용 가능성을 파악하였다. 원통나관형(Shell & tube) 형식의 열교환기를 이용하여 아스콘 생산공정에서 배출되는 VOCs(Volatile Organic Compounds)를 처리하는 연구에서 열교환기에 의한 가스 냉각 및 수분 제거 특성을 평가하고 수분 응축을 통한 VOCs 처리효율을 평가하여 흡착법 또는 약액세정법의 전처리 장치로 활용 가능성을 파악하였다. 약 100℃의 아스콘 생산공정 배기가스를 15 ㎥/min로 열교환기에 주입하여 냉각한 결과, 냉각 tube에 성애가 끼지 않을 정도린 약 5℃~10℃범위의 냉각수를 이용한 수냉식 열교환 방식에서 가스를 약 37℃까지 냉각시키면서 40% 이상의 제습능력을 확인할 수 있었다. 또한 열교환기에서 가스가 냉각되는 동안, 흡수성 및 고비점, 고점도의 유기화학물의 일부는 응축되어 제거되었으며, 최종적으로 활성탄을 사용한 흡착탑을 거치면서 알데히드류는 약 70%, 황산화물은 100% 제거된 반면, 대표적인 방향족 탄화수소인 벤젠과 벤조(a)피렌의 처리효율은 각각15.4%, 24.3%로 저조한 편이였다 다양한 종류의 VOCs가 배출되는 현장에서 냉각과 흡착으로 구성된 복합 저감설비만으로 완벽한 처리에는 한계가 있으며, 약 액세정 및 열산화 또는 촉매산화 등을 추가적으로 설치한다면 더 높은 VOCs 처리효율을 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 보일러 배기가스를 대상으로 열교환기의 최적 설계안 및 운전조건을 도출하였고, 열전달 특성 및 SO2와 같은 흡수성 대기오염 물질 처리효율을 평가하는 연구를 수행하였다. 열교환기의 최적화와 열전달 특성 연구는 CFD (Computational Fluid Dynamics) 기법을 이용한 부하변동에 따른 전산유동 해석 및 열교환 성능 평가를 위한 실험을 병행하여 수치해석과 설계안의 신뢰도를 검증하였다. 운전부하 변화에 따른 열교환기의 CFD를 수행한 결과, 열교환기에 주입되는 가스의 온도가 높아질수록 가스 및 냉각수의 배출온도는 증가하였다. 냉각수의 온도와 유속에 따른 열전달 특성은 냉각수 온도가 증가함에 따라 가스측에서 열전달계 수는 6.28 W/ K ~ 6.22 W/ K ㎡ ㎡ 로 약간 감소한 반면, 냉각수측에서는 14.33 W/ K ㎡ ~ 17.14 W/ K ㎡ 로 냉각수 온도가 높을수록 열전달계수가 증가하였다. baffle 수에 따른 열전달 특성을 알아본 결과로부터 baffle 수가 3개보다 많아지면 가스 냉각효율은 오히려 감소하는 경향을 보여, baffle 수 증가에 따른 열전달률 증가는 한계가 있음을 확인하였다. 이러한 수치해석 결과는 보일러 배가스를 대상으로 수행한 실험에서도 같은 경향을 얻을 수 있었으며, 비록 수치해석값에 비해 실험값이 다소 높았지만 그 오차범위는 약 7% 이내로 수치해석값에 대한 신뢰성이 높았다. 내경 300mm, 길이 400mm의 Shell과 내경19.05mm 길이 400 mm인 90개의 동관tube로 제작된 열교환기에 150℃의 배가스를 5㎥/min으로 주입하여 출구가스온도 60℃를 얻기 위해서는 20℃ 냉각수를 0.45kg/sec의 유속으로 주입하는 조건이 최적 조건임을 도축하였다. 이 조건에서 회수할 수 있는 열회수 효율은 약 54.8% 정도였으며, 58%의 백연 저감효율을 얻을 수 있었다. 또한 SO2 제거효율은 배기가스 내 수분함량이 높을수록 SO2 제거효율은 증가하였으며, 열교환기 후단에 냉각수를 분사할 경우 분무수의 양을 늘려 L/G비율이 1.5에서 3.5로 높일수록 SO2제거효율은 40.5%~69.5%로 증가하였다.

유동저항감소유체를 운반유체로 한 파라핀슬러리의 대류열전달에 관한 연구

홍정표 명지대학교 대학원 2000 국내석사

상변화 특히 액상과 기상 사이의 상변화는 큰 잠열을 수반하게 된다 이러한 잠열을 이용하는 방법으로 새로운 열전달 유체의 개발이 시작되었다. 근래에 연구되는 이러한 방법은 상변화물질을 운반유체와 섞어 함께 흘려보내는 것인데, 그 종류에는 파라핀 슬러리, 얼음 슬러리, 미립피복 상변화물질 슬러리가 있다. 이는 열전달율의 증가를 위해서 최은수등에 의해 상변화물질에 관한 연구로 수행된 바 있으며, 미세한 고체입자로 만들어진 상변화물질의 유동시 액체상태로 상변화를 일으키면서 발생하는 잠열의 효과를 볼 수 있다. 그리고 본 연구에서는 폴리머의 일종인 세파란을 물속에 융해시켜서 수용액을 만든 후, 여기에 상변화물질로써 파라핀 입자를 첨가시켰다. 폴리머수용액을 사용함으로써 저항감소효과 뿐만아니라 높은 점성에 의해 비중이 낮은 미세한 파라핀입자들을 고르게 분산시킬수 있었으며, 이로인해 안정된 층류유동이 가능하도록 하였다. 원형관내에서 강제 대류시 갖게 되는 열전달 특성에 관한 것으로 좀더 정확한 해석을 위해 층류에서의 실험이 이루어졌다. 또한 이러한 열전달 특성을 알아보기 위한 점도 실험을 병행함으로서 과거의 실험 결과와 비교하였고, 실험 조건을 조절하여 파라핀의 용융 과정에서 일어나는 열 전달 특성의 변화를 관찰 할 수 있었다. 우선 물 실험을 통해 가열의 오차를 수정하고 마찰계수의 정확도를 알아보았으며 점도를 측정, 알려진 값과 비교하여 보았다. 여러 농도의 세파란을 1000ppm, 5000ppm, 10000ppm 의 수용액으로 만들어서 파라핀을 분산시켰고, 물에 분산시킨 파라핀의 부유 정도와 비교하여 보았다. 이에 본 연구에서는 파라핀 입자가 부력에 의하여 입자가 위로 뜨는 것을 막을 수 있는 최소 세파란 수용액의 농도는 1000ppm 이 되는 것을 알 수가 있었다. 여기에 첨가하는 파라핀의 농도도 9%, 12%, 25%로 변화시켜서 실험을 수행하는 과정에서 12%의 파라핀 슬러리가 가장 안정적인 결과를 나타내는 것을 알 수 있었다. A phase change between liquid and gas needs more latent heat than others. Because of the importance of this latent heat , a new liquid for the better heat transfer is being develped. The methods being studied nowadays is to flow phase-change materials in a carrier fluid. There are three kinds of Phase-change materials , Paraffin slurry, Ice slurry, and Microcapsuledted Phase-Change Material slurry(MCPCM). This study chose paraffin as a material of Phase-change and 1000ppm aqueous solution of separan as a carrier fluid, which has a character of shear-thinning in high shear rate. Paraffin is lighter than water. If paraffin is dispersed in water, it always floats at the top of water. It is difficult to have well dispersed paraffin slurry in water. In this study, an aqueous polymer solution was used as a carrier fluid of paraffin particles. Homogeneous paraffin slurry was obtained. Fanning friction factor was observed to be small. Nusselt number was observed to be high. A proper concentration of polymer was found to be 1000ppm. Because of effects in pressure drop in laminar flow, we choose a 1000ppm aqueous solution. The fraction of paraffin particles in this study were 9%, 12%, and 25%