구리 재질의 평판 핀과 나선형 핀이 사용된 핀-관 열교환기의 공기측 성능

이진욱(Jin Wook Lee),이정표(Jung Pyo Lee),심현민(Hyun Min Sim),김내현(Nae Hyun Kim) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.5

본 연구에서는 구리 재질의 평판 핀과 나선형 핀-관 열교환기에 대하여 핀 피치와 열수의 변화에 따른 공기측 전열성능을 검토하였다. 두 형상 모두 핀 피치가 열전달계수에 미치는 영향은 미미하였다. 마찰인자는 핀 피치가 증가하면 증가하였다. 열수가 미치는 영향은 형상에 따라 다르게 나타났다. 평판 핀-관 열교환기의 경우 열전달 계수는 열수가 증가할수록 감소하였다. 하지만 나선형 핀-관 열교환기의 열전달 계수는 열수가 증가하면서 그 값이 증가하는 경향을 보였다. 평판 핀-관 열교환기의 열전달계수는 나선형 핀-관 열교환기의 열전달계수보다 높게 나타났다. 하지만 열수가 증가하면 그 차이가 줄어들어 4열이 되면 거의 같았다. 한편 마찰인자는 평판 핀-관 열교환기에서 다소 높게 나타나고 열수의 영향은 크지 않았다. Heat transfer and pressure drop characteristics of fin-and-tube heat exchangers having copper plate or copper spiral fins were investigated. Twenty four samples having different fin pitch and tube row were tested. It is shown that, for both configurations, the effect of fin pitch on j factor is negligible. The f factor increases with the fin pitch. The effect of tube row is different between the two configurations. For p1ate fin-and-tube heat exchangers, j factor decreases as row number increases. The reverse is true for spiral fin-and-tube heat exchangers. Possible explanation is provided considering a flow pattern. Comparison of the j factor reveals that j factor is larger for plate fin-and-tube heat exchangers as compared with that of spiral fin-and-tube heat exchangers. The difference decreases as row number increases. The f factor of the plate fin-and-tube heat exchanger is also 1arger.

구리 재질의 평판 핀과 나선형 핀이 사용된 핀-관 열교환기의 공기측 성능

이진욱(Jin Wook Lee),박지훈(Ji Hoon Park),이정표(Jung Pyo Lee),김내현(Nae Hyun Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集B Vol.35 No.3

본 연구에서는 구리 재질의 평판 핀과 나선형 핀-관 열교환기에 대하여 핀 피치와 열수의 변화에 따른 공기측 전열성능을 검토하였다. 두 형상 모두 핀 피치가 열전달계수에 미치는 영향은 미미하였다. 마찰인자는 핀 피치가 증가하면 증가하였다. 열수가 미치는 영향은 형상에 따라 다르게 나타났다. 평판핀-관 열교환기의 경우 열전달계수는 열수가 증가할수록 감소하였다. 하지만 나선형 핀-관 열교환기의 열전달 계수는 열수가 증가하면서 그 값이 증가하는 경향을 보였다. 평판 핀-관 열교환기의 열전달계수는 나선형 핀-관 열교환기의 열전달계수보다 높게 나타났다. 하지만 열수가 증가하면 그 차이가 줄어들어 4열이 되면 거의 같았다. 한편 마찰인자는 평판 핀-관 열교환기에서 다소 높게 나타나고 열수의 영향은 크지 않았다. 본 실험 데이터를 기존 상관식의 예측치와 비교하였다. We investigate the heat-transfer and pressure-drop characteristics of fin-and-tube heat exchangers with a copper plate or copper spiral fins. Twenty-four samples with different fin pitches and tube rows were tested. For both configurations, the effect of the fin pitch on the j factor is negligible, and the f factor increases with the fin pitch. The effect of the tube row depends on the configuration. For plate fin-and-tube heat exchangers, the j factor decreases as the row number increases; the reverse is true for spiral exchangers. We explain this by considering the flow pattern. The j factor for plate fin-and-tube heat exchangers is larger than that for spiral exchangers, and the difference decreases as the row number increases. The f factor of the plate fin-and-tube heat exchanger is also larger. We compare our results with existing predictions of correlations.

비 대칭 슬릿 핀이 장착된 핀-관 열교환기의 열전달 성능 및 압력 손실에 대한 실험적 연구

김내현(Nae-Hyun Kim) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集B Vol.43 No.9

핀-관 열교환기에서 핀 패턴은 전열 성능에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 1열과 2열의 핀 패턴이 상이한 비 대칭 슬릿 핀-관 열교환기에 대해 일련의 실험을 수행하고 모든 열에 핀 패턴이 동일한 비 대칭 시료에 대한 기존 연구 결과와 비교하였다. 실험 결과 기존 슬릿 핀 시료의 전열 촉진비(j /jp)가 1열에서 22%, 2열에서 30%로 신규 시료(6%와 7%)보다 크게 나타났다. 특히 2열에서는 신규 시료의 슬릿 면적 비율이 기존 시료보다 큰데도 불구하고 j/jp 가 작게 나타났다. 또한 j/f<SUP> 1/3</SUP>의 경우 1열에서는 두 종류의 슬릿 핀 시료와 평판 핀 시료는 유사한 값을 보인다. 하지만 2열에서는 기존 시료의 j/f <SUP>1/3</SUP>은 평판 핀 시료보다 10% 높은 반면 신규 시료의 값은 평판 핀 시료보다 6% 낮게 나타났다. 이로부터 2열핀-관 열교환기에서 2열에 슬릿을 집중적으로 배치하는 것은 전열 성능 향상에 그다지 효과적인 방법이 아닐 수 있음을 알 수 있다. 그 이유로는 슬릿을 집중적으로 배치하다 보면 슬릿 간격이 좁아져 후류가 미처 소산되지 않은 상태로 후방 슬릿에 도착하여 전열 성능을 감소시킬 수 있기 때문이다. 한편 루버 핀 시료의 j/jp, j/f <SUP>1/3</SUP>은 슬릿 핀 시료의 값보다 크게 나타났다. Fin patterns significantly affect the thermal performance of fin-and-tube heat exchangers. In this study, we test non-symmetric slit fin-and-tube heat exchangers with different fin patterns of one row and two rows, and compare the results with those obtained from non-symmetric slit fin-and-tube heat exchangers with the same fin pattern for every row. The results show that the heat-transfer enhancement ratios (j/jp) of the previous slit fin sample are 22 % and 30 % for one-row and two-row configuration, whereas those of the new slit fin sample are 6 % and 7 %, respectively. For the one-row configuration, the j/f<SUP>1/3 </SUP>values of both the previous and new slit fin samples are approximately equal to those of the plain fin sample. However, for the two-row configuration, the j/f<SUP>1/3</SUP> values of the previous slit fin sample are 10 % higher than those of the plain fin sample, whereas the j/f<SUP>1/3</SUP> values of the new sample are 6 % lower. This suggests that allocating too many slits at the second row of the two-row configuration may not be an effective means of enhancing the heat transfer of slit fins in fin-and-tube heat exchangers. Excessively narrow distance between slits may reduce the downstream slit performance owing to non-dissipating wakes coming from an upstream slit. The j/jp, j/f<SUP>1/3 </SUP>values of the louver fin samples are larger than those of the slit fin samples.

알루미늄 열교환기가 적용된 함체 냉각용 에어컨의 성능에 대한 실험적 연구

박도현,김내현 대한설비공학회 2019 설비공학 논문집 Vol.31 No.4

Heat generated in a telecommunication cabinet keeps increasing due to the increased usage of mobile devices. Inadequate cooling mechanism leads to rise in the cabinet temperature, which results in the malfunction of the electronic devices. In this study, three air-conditioning unit samples one with fin-and-tube heat exchangers (Sample A) and the other two with aluminum heat exchangers having different size (Sample C with the condenser size 47% larger than that of Sample B)were designed, and tested using R-22. Tests were conducted while changing the amount of refrigerant charge, and the performance results were compared with those of foreign product (Base) running by R134a. The optimum change amount was 1250 g for Sample A and 450g for Samples B and C, 64% less charge for samples with aluminum heat exchangers. At the optimum charge, the cooling capacity of sample A was 99% of that of the Base, 105% for Sample B and 106% for Sample C. The larger cooling capacity for Samples B and C may have been due to the usage of high performance aluminum heat exchangers. The power consumption was largest for Sample A followed by Samples B and C. The smallest power consumption for Sample C may be explained by the lowest condensation pressure among the three. The COP of Sample A was 97% of that of Base, 109% for Sample B and 128% for Sample C. 본 연구에서는 함체 냉각용 에어컨 국산화의 일환으로 증발기와 응축기에 핀-관 열교환기를 적용한 시료와알루미늄 열교환기를 적용한 시료를 제작하고 성능을 검토하였다. 시료는 세 종류로 Sample A는 증발기와응축기 모두 핀-관 열교환기인 경우, Sample B와 C는 Type 2 알루미늄 증발기와 알루미늄 응축기를 사용한경우인데 Sample C의 응축기가 Sample B보다 47% 크다. 시료는 압축기의 국내 수급을 고려하여 R-22용으로제작되었다. 각 시료에 대하여 냉매 충전량을 변화시키며 일련의 실험을 수행하고 R-134a를 사용하는 수입제품(Base)과 성능을 비교하였다. 주된 결론은 다음과 같다. (1) 모든 시료에서 냉방 능력이 최대가 되는 최적의 충전량이 존재하였고 Sample A는 1250 g, Sample B와 C는450 g으로 나타났다. 즉, 알루미늄 열교환기를 사용한 시료에서 냉매량이 64% 작게 나타났다. 한편, 최적냉매량에서의 냉방 능력은 Sample A에서 Base 대비 99%, Sample B에서 105%, Sample C에서 106%로 Sample C에서 가장 크게 나타났다. Sample B와 C에서 냉방 능력이 Sample A보다 크게 나타난 이유는 알루미늄열교환기가 핀-관 열교환기보다 전열 성능이 우수하기 때문으로 판단된다. (2) 최적 충전량에서의 소비동력은 Sample A에서 Base 대비 103%, Sample B에서 97%, Sample C에서 82%로나타났다. 즉, 알루미늄 열교환기를 사용한 시료에서 소비동력이 작게 나타나고 특히 큰 응축기를 사용한Sample C에서 현저히 작게 나타났다. (3) 최적 충전량에서의 성적계수는 Sample A의 경우 Base 대비 97%, Sample B에서 109%, Sample C에서 128%로나타났다. Sample C에서 성적계수가 크게 증가한 이유는 소비동력이 다른 시료에 비하여 작기 때문이다. 최적 냉매량에서 증발 압력은 세 시료 모두에서 유사한 반면 응축 압력은 Sample A, Sample B, Sample C순으로 낮아지고 이러한 응축 압력의 감소로 인하여 소비동력도 감소한 것으로 판단된다.

히트 펌프용 핀-관 열교환기에서의 불균일한 착상 예측 및 검증

황지은(Jieun Hwang),조금남(Keumnam Cho) 대한설비공학회 2013 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.6

Non-uniform frost is formed on the fin-tube heat exchanger of heat pump when moist air below 0℃ is flowing over its cold surface. Formed frost acts as thermal resistance to make heat transfer rate decrease and blocks air flow space to increase air side pressure drop. Frost prediction on the heat exchanger leads how to delay frost in order not to increase defrosting energy. Non-uniform frost pattern on the heat exchanger was predicted by using segment by segment method for the heat exchanger. Local heat transfer rate for each segment was obtained by applying ε-NTU method. The proposed model was validated by comparing the predicted values with measured data for the frost on fin-tube heat exchanger. Predicted local and average frost thickness, average air side pressure drop, and heat transfer rate agreed with the measured data within 16.5%.

광폭 루버 핀이 장착된 핀-관 열교환기의 공기측 전열 성능에 관한 실험적 연구

김내현(Nae-Hyun Kim) 대한설비공학회 2015 설비공학 논문집 Vol.27 No.5

Heat transfer rate can be increased by increasing the heat transfer area. In this study, wide louver fin-and-tube heat exchangers with Pt/Pl = 1.03 were tested and compared with louver fin-and-tube heat exchanger with Pt/Pl = 0.6. Results show that heat transfer capacities of wide louver samples are larger (9.8% at one row, 13.6% at two row and 4.1% at three row) than those of conventional louver samples. Considering the area ratio of 1.78, the increase of heat transfer capacity is rather small, possibly due to the smaller heat transfer coefficient and fin efficiency of the wide louver sample. The j factor of the louver fin was 67% larger at one row, 42% larger at two row and 52% larger at three row. The f factor of the louver fin was 81% larger at one row, 63% larger at two row and 60% larger at three row. The effect of fin pitch on j and f factors are not pronounced and the j factor decreased as the number of tube row increased.

PF 열교환기의 열전달과 압력강하 특성 실험 연구

엄유식(Y.S. Um),서동남(D.N. Seo),박경만(K.M. Park),이상재(S.J. Lee),김대훈(D.H. Kim),권영철(Y.C. Kwon) 대한설비공학회 2008 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2008 No.2

In the present study, the air-side heat transfer and pressure drop characteristics of the fin-tube and PF heat exchangers have been experimentally investigated under the cooling standard condition. Fin type of PF heat exchanger is a triangler and squarer form. The experimental data of the slit fin-tube and two kinds of PF heat exchangers are measured using the air-enthalpy calorimeter and the constant temperature water bath. As the inlet air velocity increases, the heat transfer rate and pressure drop of the heat exchanger increased. The heat transfer rate and pressure drop of PF-2 heat exchanger of the squarer fin is larger than that of PF-1 heat exchanger of the triangler fin. As the inlet air temperature increases, the heat transfer rate decreases and the pressure drop is nearly uniform.

핀-관 열교환기의 열별 열전달 특성

김내현(Nae-Hyun Kim),신태룡(Tae-Ryong Shin),한성필(Sung-Pil Han) 대한설비공학회 2007 설비공학 논문집 Vol.19 No.2

The row-by-row heat transfer characteristics of fin-and-tube heat exchangers were experimentally investigated. Three wavy fin samples having different rows (one, two and three) and one plain fin sample (three row) were tested for 600≤Re<SUB>D</SUB>≤4,000. The heat transfer data were obtained for individual rows, and the corresponding heat transfer coefficients were reduced from the data. Results showed that the heat transfer coefficients were strongly dependent on the tube row. The heat transfer coefficient decreased as the tube row increased. However, the row effect was different depending on the fin shape. For the wavy fin, the row effect significantly decreased as the Reynolds number increased, yielding approximately the same heat transfer coefficients at Re<SUB>D</SUB>?2,500. For the plain fin, however, the row effect lasted for the whole Reynolds number range. The increased mixing of bulk flow by wavy channels appears to induce high heat transfer coefficient (accordingly diminishing row effect) at down-stream rows. The heat transfer coefficients of individual rows were higher for heat exchangers having larger tube rows.

2열 핀-관 열교환기의 열별 전열성능 측정

권영철,정지환,장근선,홍기수,진심원 대한설비공학회 2004 설비공학 논문집 Vol.16 No.3

An experimental study is performed to examine the heat transfer performance of individual rows of fin-tube heat exchangers. The heat transfer performance is measured using an air-enthalpy type calorimeter. The examined heat exchangers consist of 7 mm tube and fin patterns of them are slit and louver types. Equivalent fin spacings are 18 fins per inch (fpi) for all samples, and the number of tube rows are two. In order to confirm that thermal boundary condition on fins of each row are the same, physically separated between two rows as well as connected heat exchangers are used. The frontal air velocity is varied from 0.7 to 2.5 m/s. Heat transfer performance for each row is measured. It is observed that the heat transfer coefficient of the second row is smaller than that of the first row at low Reynolds number while larger at high Reynolds number.

외부유로 내벽에 설치된 핀 형상에 따른 이중관 열교환기의 열전달 및 유동에 대한 수치해석적 연구

박천동(Chun Dong Park),이동현(Dong Hyun Lee),박병석(Byung-Sik Park),최재준(Jaejoon Choi) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集B Vol.41 No.2

본 연구에서는 이중관 지중열교환기의 내부에 삽입되는 유로의 외벽에 설치된 핀 형상에 따른 유동 및 열전달 특성의 변화를 수치해석적으로 분석하였다. 해석에는 상용 CFD 소프트웨어인 Ansys Fluent를 이용하였으며, SST k-ω 난류 모델을 적용하였다. 지중열교환기의 성능을 높일 수 있는 핀의 형상을 찾기 위하여 핀의 각도(15°, 30°, 45°, 60°), 높이비(0.1, 0.3, 0.5), 그리고 핀 간의 간격비(1, 3, 5)를 변화시키며 해석을 수행하였다. 그 결과 핀의 각도와 높이가 증가하면서 대부분의 핀 형상에서 외각유로의 외벽과 내벽에서 Nusselt 수가 증가하는 경향이 나타났다. 하지만 핀 각도 15°, 높이 비 0.3 이하의 형상에서 핀이 설치되지 않은 경우보다 외벽의 열전달계수는 증가하며 내벽의 열전달 계수가 감소하는 결과를 관찰하였다. 또한 핀 간의 간격이 감소할 경우 외벽의 열전달계수는 큰 변화가 없으나 내벽의 열전달계수는 감소하는 경향이 나타났다. In this study, the flow and heat transfer characteristics of the finned annular passage were investigated numerically. The annular passage simulates co-axial geothermal heat exchanger, and fins are installed on its inner wall to reduce heat loss from the production passage (annulus) to injection passage (inner pipe). A commercial CFD program, Ansys Fluent, was used with SST k-ω turbulence model. The effects of the geometric parameters of the fin on the inner tube were analyzed under the periodic boundary condition. The result indicated that most parameters had a tendency to increase with an increase in the height and angle of the fin. However, it was confirmed that the Nusselt number of the inner tube on the coaxial 15, 5, 0.3 was lower than that of the smooth tube. Additionally, the Nusselt number of the inner tube exhibited a tendency of decreasing with a decrease in the spacing in Coaxial 15, Sf, 0.3.