소형가스흡수식 냉·난방기에 적용되는 판형열교환기 개선을 위한 실험 및 수치해석 연구 A Study on the Experiment and Numerical Analysis for the Plate Heat Exchanger Improvement Using The Absorption Chiller and Heater원문보기
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 ...
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.
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.
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...
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.
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.
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