루버 휜 형 열교환기의 성능향상에 대한 수치해석 연구 = Numerical Study of Louvered Fin Heat Exchanger Performance Improvement

국문 초록 (Abstract)

고밀도 열교환기는 높은 열교환기 유용도를 가지며, 에어컨과 라디에이터 등에 사용된다. 고밀도 열교환기 중 하나인 루버 휜 형 열교환기는 휜의 형상에 의해 유동이 교란되어 열교환기 성능이 향상된다. 본 논문에서 다루는 루버 휜 형 열교환기의 기준 모델은 지역 냉·난방 공사에서 주로 사용되는 모델로 선정하였다.
루버 휜 형 열교환기의 형상 변수로 루버 피치, 루버 각, 휜 두께, 휜 피치 등을 갖는다. 본 논문에서는 루버 피치를 2~4 mm, 루버 각을 5~15°, 휜 두께를 0.08~0.12 mm, 휜 피치를 1.0~2.0 mm로 변화시켜가며 열교환기 성능을 수치해석적으로 파악하였다.
본 논문을 위해서 열교환기의 열 교환 형태를 대향류로 선정하였으며, 이에 따라 휜의 고온 채널의 입구와 저온 채널의 입구의 온도차이로 열전도가 발생하였다. 각 채널 입구의 온도차로 발생한 열전도가 열교환기 성능에 미치는 영향을 파악하기 위하여 휜의 유동방향 열전도가 존재할 때와 휜의 유동방향 열전도가 존재하지 않는 경우를 비교하였다. 그 결과 휜의 유동방향 열전도가 존재할 경우, 열교환기 유용도가 8 %p 감소하였다.
대향류 열교환기의 휜의 유동방향 열전도가 열교환기 성능에 미치는 영향을 감소시키기 위하여 유동의 진행방향을 기준으로 휜의 중앙에서 열전도를 차단하였다. 그 결과 열교환기 유용도가 2.22 %p 향상되었다.
본 논문의 결과로 휜의 유동방향 열전도가 열교환기 유용도에 미치는 영향과 휜의 열전도 차단으로 열교환기 성능이 개선됨을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Compact heat exchanger, which is used for air conditioner or radiator has high heat exchanger effectiveness. One of the Compact heat exchanger is louvered fin. Louvered fin heat exchanger can improve heat exchanger effectiveness by geometry variables. louvered fin what is introduced in this paper is usually used for district heating and cooling service.
Numerical simulations were performed for different geometries with varying louver pitch, louver angle, fin pitch and fin thickness.
For this study, counter flow heat exchanger is selected. As a result of counter flow, fin conduction is occurred by difference of temperature between high temperature channel inlet and low temperature channel inlet. To find out effect of the fin conduction, a case, which has fin's main flow direction conduction is compared. with another case, which has not fin's main flow direction conduction. As a result, heat exchanger effectiveness was dropped by 8 [%p] in the case, which has not fin's main flow direction conduction.
To reduce fin's main flow direction conduction, fin's conduction was cut off in the middle of the heat exchanger. As a result heat exhanger effectiveness was improved by 2.22 [%p].

목차 (Table of Contents)

• 1 서론 1
• 2 지배방정식과 수치해법 4
• 3 해석모델 및 경계조건 8
• 3.1 루버 휜 형상 모델 8
• 3.2 유동방향 열전도 모델 12
• 4 성능평가 15
• 4.1 Nusselt 수 15
• 4.2 열교환기 유용도 16
• 5 결과 및 고찰 17
• 5.1 루버피치의 변화에 따른 성능 평가 17
• 5.2 휜 피치의 변화에 따른 성능 평가 20
• 5.3 루버 각의 변화에 따른 성능 평가 23
• 5.4 휜 두께의 변화에 따른 성능 평가 26
• 5.5 유량의 변화에 따른 성능 평가 26
• 5.6 유동방향 휜의 열전도에 따른 성능 평가 30
• 6 결론 34
• 참고문헌 36
• Abstract 38