낮은 핀관의 형상이 LiBr 수용액의 풀 비등에 미치는 영향에 대한 실험적 연구

김내현(Nae-Hyun Kim) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集B Vol.39 No.7

본 연구에서는 핀 핏치와 핀 높이가 다른 7종류의 낮은 핀관에 대하여 LiBr 농도 0%.~50%, 열유속 20kW/m²~40kW/m², 포화압력 7.38kPa~101.3kPa에서 풀 비등 실험을 수행하였다. 실험 범위에서 최적 낮은 핀관 형상은 핀 핏치 26fpi, 핀 높이 1.8mm로 나타났다. 핀 핏치가 너무 넓으면 전열 면적이 감소하고 핀핏치가 너무 좁으면 기포의 성장 및 이탈이 원활하지 못하게 되어 최적 핀 핏치가 존재한다. 포화압력이 낮아질수록, LiBr 농도가 증가할수록 열전달계수는 감소하였다. 이는 포화압력이 낮아질수록 기포의 이탈직경은 증가하고 이탈 빈도는 감소하기 때문이다.또한 LiBr 농도가 증가하면 포화온도는 증가하고 물질확산율은 감소하는데 이에 따라 기포의 성장속도가 감소하고 따라서 열전달계수가 감소하게 된다. 낮은 핀관의 열전달계수는 모든 포화압력과 농도에서 평활관의 열전달계수보다 크게 나타났다. 본 실험자료를 기반으로 상관식을 제시하였다. Pool boiling heat transfer coefficients of a LiBr solution were obtained for seven low fin tubes having different fin pitch and fin height. The test range covered saturation pressure from 7.38kPa to 101.3kPa, heat flux from 20 kW/m² to 40 kW/m² and LiBr concentration from 0% to 50%. The optimum fin geometry for the present experimental range turned out to be 26 fpi with 0.18 mm fin height.The advantage of added heat transfer area and the disadvantage of slower bubble growth and departure appear to have yielded an optimum fin pitch. The heat transfer coefficient decreased as saturation pressure decreased and Libr concentration increased. The reason may be attributed to the low saturation pressure, which increased the bubble departure diameter and decreased the bubble departure frequency. As the LiBr concenreation increased, the saturation temperature increased and the mass diffusion rate decreased, which resulted in a reduced heat transfer coefficient. The heat transfer coefficients of the low fin tube were greater than those of the smooth tube. Correlations were developed based on the present data.

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.

광폭 루버 핀이 장착된 핀-관 열교환기의 습표면 성능에 대한 실험적 연구

김내현(Nae-Hyun Kim) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集B Vol.39 No.9

전열량을 늘리는 손쉬운 방법은 전열면적을 크게 하는 것이다.본 연구에서는 세로와 가로 방향 튜브 핏치의 비(Pt/Pl)가 1.03인 광폭 루버 핀 시료의 습표면 j와 f 인자를 실험을 통하여 구하고 Pt/Pl=0.6인 일반 루버 핀 시료와 비교하였다.동일 소비동력에서 광폭 루버 핀 시료의 전열성능이 일반 루버 핀 시료보다 1열에서 평균 16%, 2열에서 평균 29%, 3열에서 평균 38% 크게 나타났다. 이 증가량은 핀 면적의 증가량 (2.17배)에 비하면 현저히 작은데 이는 광폭 루버 핀 시료의 열전달계수와 핀 효율이 일반 루버 핀 시료의 값들보다 작기 때문이다. 핀 핏치가 j와 f 인자에 미치는 영향이 크지 않았다. 또한 튜브 열수가 증가할수록 j와 f 인자는 감소하였다. 실험 데이터를 기존 상관식과 비교하였다. One method of increasing the heat-transfer rate is to increase the heat-transfer area. In this study, we test a wide louver fin-and-tube heat exchanger with Pt/Pl = 1.03, and we compare the results with those of a louver fin-andtube heat exchanger with Pt/Pl = 0.6. The results obtained show that the heat-transfer capacities of the wide louver samples are larger (16% in one row, 29% in two rows, and 38% in three row samples) than those of the louver samples. Considering the area ratio of 2.17, the increase in the heat-transfer capacity is somewhat small. The reason for this may be due to the smaller heat-transfer coefficient and fin efficiency of the wide louver sample. The effect of the fin pitch on the j and f factors are not profounded . The j and f factors decreased as the number of tube rows increased. We compare the data obtained with existing correlations.

다공판을 사용한 R-123 풀비등 열전달 촉진

김내현(Nae-Hyun Kim) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.5

본 연구에서는 비등표면 위에 다공판을 설치하여 풀비등을 촉진시키는 방안에 대하여 검토하였다. 실험은 대기압에서 R-123을 사용하여 수행되었다. 다공판은 풀비등을 현저히 촉진시켰다. 이는 다공판이 기포를 비등표면 위에 넓게 퍼뜨려 기포와 비등표면 사이 액막의 면적을 증가시키기 때문이다. 또한 높은 열유속에서는 다공도가 클수록, 낮은 열유속에서는 다공도가 작을수록 비등이 촉진되었다. 본 연구에서는 구멍 직경 2.0 mm, 구멍 간격 2.5 mm×5.0 mm 또는 5.0 mm×5.0 mm, 비등 표면과의 간격 0.5 mm에서 최적 형상이 얻어졌고 이 형상들의 열전달계수는 상용 GEWA-T의 값에 근접하였다. R-123에서의 최적 다공도는 물이나 에탄올에서 보다 현저히 큰데 이는 R-123의 밀도비가 크고 증발잠열은 작기 때문이다. 한편 다공판의 비등이력은 평판보다 작았다. In this study, we investigate the pool boiling enhancement caused by perforated plates on top of a smooth surface. We conduct tests using R-123 at atmospheric pressure. It was shown that perforated plates significantly enhanced the pool boiling of the smooth surface. The reason may be attributed to the increased bubble contact area between the plates. The results showed that the enhancement ratio was dependent on the heat flux. At high heat flux, the enhancement ratio increased as the porosity increased. However, at low heat flux, the enhancement ratio decreased as the porosity increased. For the present investigation, the optimum configuration had a pore diameter of 2.0 mm, pore pitch of 2.5 mm×5.0 mm or 5.0 mm×5.0 mm, and a gap width of 0.5 mm, which yielded heat-transfer coefficients that are close to those of GEWA-T. The optimum porosity for R-123 was significantly larger than that of water or ethanol. The reason for this may be the large liquid-to-vapor density ratio along with the small latent heat of vaporization of R-123. The perforated plates yielded smaller boiling hysteresis compared with that of the smooth surface.

평활관 및 마이크로핀 관 내 R-404A 대체 냉매의 응축 열전달에 대한 연구

국형호(Hyung Ho Guk),김내현(Nae Hyun Kim) 대한설비공학회 2018 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2018 No.6

마이크로핀관 및 평활관 관 내 R-404A 대체 냉매의 응축 열전달에 대한 연구

김내현(Nae Hyun Kim),이승배(Seung Bae Lee),최일환(Il Hwan Choi) 대한설비공학회 2019 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.11

낮은 유량에서 외경 7.0 mm 마이크로핀 튜브 내 R-410A 증발 열전달 및 압력 손실

김내현(Nae-Hyun Kim) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集B Vol.39 No.9

가정용 에어컨이나 히트 펌프에 외경 7.0 mm 마이크로핀 튜브가 널리 사용되고 있다. 한편 에어컨이나 히트펌프의 부분 부하 운전시 질량유속은 수십 kg/㎡s 에 불과하다. 하지만 7.0 mm 튜브에 대한 기존 연구들은 질량유속 100 kg/㎡s 이상에서 수행되었다. 본 연구에서는 낮은 질량유속 (50 kg/m2s 에서 250 kg/㎡s)에서 외경 7.0 mm 마이크로핀 튜브 내 R-410A 증발 열전달 실험을 수행하였다. 실험 중 포화온도는 8℃, 열유속 4.0 kW/m2 으로 유지하였다. 비교를 위해 외경 7.0mm 평활관에 대한 실험도 수행하였다. 실험결과 마이크로핀 튜브의 전열촉진비는 질량유속이 감소할수록 증가하다 150 kg/㎡s 를 기점으로 감소함을 보였다. 이는 마이크로 핀튜브 내 유동이 환상류에서 성층류로 변화하기 때문이다. 실험 범위에서 마이크로핀 튜브의 마찰손실과 평활관의 마찰손실은 거의 같게 나타났다. 실험데이터를 기존 상관식의 예측치와 비교하였다. Microfin tubes having an outside diameter (O.D.) of 7.0 mm are widely used in residential air conditioning systems and heat pumps. It is known that the mass fluxes for air conditioners and heat pumps under partial load conditions are several tens of kg/㎡s. However, literature surveys reveal that previous investigations were limited to mass flux over 100 kg/㎡s. In this study, we conduct R-410A evaporation heat-transfer tests at low mass fluxes (50?250 kg/㎡s) using a 7.0 mm O.D. microfin tube. During the test, the saturation temperature was maintained at 8℃, and the heat flux was maintained at 4.0 kW/㎡. For comparison purposes, we also test a smooth tube with a 7.0 mm O.D. The results showed that the heat-transfer enhancement factor of the microfin tube increased as the mass flux decreased up to 150 kg/㎡s, which decreased as the mass flux further decreased. The reason for this was attributed to the change of the flow pattern from an annular flow to a stratified flow. Within the test range, the frictional pressure drops of the microfin tube were approximately the same as those of the smooth tube. We then compare experimental data obtained with the predictions obtained for the existing correlations.

슬림형 루버 핀이 장착된 알루미늄 열교환기의 공기측 전열 성능에 대한 실험적 연구

김내현(Nae-Hyun Kim),조홍기(Honggi Cho) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集B Vol.41 No.9

최근 들어 공조기가 슬림화 되고 따라서 열교환기의 깊이를 줄일 필요가 있다. 본 연구에서는 슬림형 알루미늄 열교환기에 적절한 루버 핀 형상을 도출하였다. 또한 도출된 루버 핀이 적용된 알루미늄 열교환기 시료를 제작하고 성능 시험을 수행하였다. 비교를 위하여 기존 열교환기에 대해서도 실험을 수행하였다. 도출된 형상의 핀 깊이(Fd)는 10.0 mm, 루버 핏치(Lp)는 0.9 mm, 루버 각(θ )은 35o이다. 기존 시료에 비하여 신규 슬림 시료의 j 인자는 36%, f 인자는 2.3% 크게 나타났다. 따라서 열교환기 체적은 슬림 시료에서 26% 줄어들게 된다. 또한 동일 소비 동력에서의 전열량을 의미하는 j/f<SUP>1/3</SUP>은 슬림 시료에서 55% 크다. 실험 데이터를 기존 상관식의 예측치와 비교하였다. Recent trends in slim air conditioners require heat exchangers of reduced flow depth. In this study, slim louver fin geometry was obtained using predictive correlations. The deduced geometry yielded 10 mm flow depth, 0.9 mm louver pitch, and 35° louver angle. Samples were made and tests were conducted. The new slim sample yielded 36% higher j factor and 2.3% higher f factor compared with those of the standard sample. This implies that 26% reduction of heat exchanger volume was possible by reducing the flow depth. In addition, the j/f<SUP>1/3</SUP> of the slim sample was 55% larger than that of the standard sample. Furthermore, the results are compared with predictions made using existing correlations.

R-404A 대체 R-448A와 R-449A의 평활관 내 응축열전달 대한 연구

국형호(Hyeong Ho Guk),박도현(Do Hyun Park),김내현(Nae Hyun Kim) 대한설비공학회 2018 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2018 No.11

R-404A 대체 R-455A, R-454C의 평활관내 응축 열전달에 대한 연구

박도현(Do Hyun Park),이승배(Seung Bae Lee),김내현(Nae Hyun Kim) 대한설비공학회 2019 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.-