[논문]옵셋 스트립 휜을 가로지르는 오일유동의 열전달 2차원 상관관계식

강덕종; 신성학; 정형호

옵셋 스트립 휜을 가로지르는 오일유동의 열전달 2차원 상관관계식
2 Dimensional Correlations of Heat Transfer of Oil Flows over Offset Strip Fins 원문보기

In the present study, heat transfer characteristics of oil flow over offset strip fins are predicted by the numerical methods. Oil flow in the plate-fin passage is idealized by 2 dimensions. Inlet velocity, Prandtl number and fin pitch ratio are chosen as parameters which affect the heat transfer of offset strip fins. The effect of parameters on pressure drops and convective heat transfer coefficients are described. Characteristic length is derived in case of 2 dimensional flow situation. Correlations for friction factor and convective heat transfer coefficient are derived.

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문제 정의

(c) 의 경우가 해석해와 아주 유사한 경향을 나타내고 있다. 따라서, 본 논문에서는 자유 유동 체적을 접수면적으로 나눈 값을 특 성길 이로 선택하는 것이 타당한 것 같다. 레이놀즈수가 8 이하 그리고 휜 피치 비가 3.
본 연구에서는 일정 물성치로 가정한 2차원 유동에 국한하였지만, 현재 온도변화에 따른 물성치 중 점성계수 효과와 3차원에 관한 연구에 대해서 연구하고 있다.

가설 설정

오일은 점성이 매우 커서 레이놀즈수는 매우 작다고 볼 수 있으므로 층류로 가정하여 해석하였다.
옵셋 스트립 휜에서의 오일 유동은 비압축성, 층류로 가정하였다. 연속방정식, 운동량방정식, 에너지방정식은 다음과 같다.

제안 방법

이와는 달리 특성 길이를 본 연구와 같은 등가 길이로 선택한 연구 결과가 Uttarwar and Raja Rao""에 의해서 행해졌다. Uttarwar and Raja Rao의 원관 내에 스프링을 장착한 경우 오일유 동의 실험 결과와 비교 검토하였다. Uttarwar and Raja Rao는 해석해의 마찰 인자값에서 5-8% 벗 어나는 레이놀즈수는 약 180이라 하였으며, 이 이상의 레이놀즈 범위에서는 마찰인 자가 일정해지는 경향을 보고하였다.
이러한 옵셋 스트립 휜에 대한 연구에는 공기, 물 등 저점도 유체에 국한된 것이다. Yang and Jung⑼은 고점성 유체인 오일이 가로질러 놓여 있는 옵셋 스트립 휜을 따라 흐를 때, 입구 영역에서 열전달 현상을 수치해석으로 연구하였다. 그 들은 입구영역에서 휜의 평균 열전달계수는 횐의 열수에 따라 차이가 나지 않음을 보고하였다.
그 들은 입구영역에서 휜의 평균 열전달계수는 횐의 열수에 따라 차이가 나지 않음을 보고하였다. 본 연구에서는 동일한 형상에 대해서 오일의 종류와 입구 온도를 변화시키면서 계산한 결과를 이용하여 압력강하와 열전달 계수의 상관관계식을 유도하였으며, 특성 길이를 정하였다.
본 연구에서는 수치해석 방법을 이용하여 2차원 옵셋 스트립 횐에서의 오일 유동 열전달 특성을 고찰하였으며, 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다,
점성이 매우 큰 오일이 주기적으로 일정한 간격을 갖는 수직한 휜에 대해 직교 유동을 하고 계산영역은 절반에 해당하는 얇은 수직 휜을 6개로 잡아 직사각형 ABCD로 설정하였다. 그림에서 i는 수직 휜의 두꺼), W는 수직 휜의 높이, L은 수직 휜 사이의 간격, ye 대칭면에서 휜 방향을 나타낸다,
본 연구에서 계산을 수행한 경우를 Table 2에 표시하였다. 플란틀수의 효과를 보기 위하여 오 일은 180CST와 SAE30을 택하였고 입구 온도는 30℃, 451, 그리고 60℃로 정했다.
한편 Marner and Bergles®는 원형관 내에 열전달을 향상시키기 위한 장치를 삽입하고 에틸렌글리콜을 작동 유체로 하여 가열 또는 냉각실험을 하여 넛 셀 수를 비교하였다. 그들은 가열할 때 넛 셀 수가 차이가 남을 보고하였다.

대상 데이터

오일을 가열하는 오일 히터는 최근 셀 앤 플레이트 형식을 사용하고 있으며 가열 매체로는 고압증기를 사용하기도 한다. 본 연구에서는 그중에서 옵셋 스트립 휜으로 구성된 유로에서 열전달과 압력강하 특성을 대상으로 하였다 1 옵셋 스트립 휜 단면 모양은 Fig. 1과 같고 옵셋 스트립 휜을 확대하여 유동 형태를 나타낸 것은 Fig. 2와 같다. 옵셋 스트립 휜으로 열전달 면적이 증가하고, 옵셋 스트립 휜에 의해 유동이 교란되어 열전달을 촉진 시키고 사용 유체가 잘 섞이도록 한다.

이론/모형

이러한 옵셋 스트립 휜에 대한 연구로는 Kays and London'"과 Wieting'”은 실험을, Patankar'" 는 수치 해석적인 방법을 이용하였다. Suzuki et al.
수치해석을 통하여 구한 압력강하를 이용하여 마찰인 자를 다음의 Darcy-Weisbach 식으로 구하였다.

성능/효과

본 연구에서 콜번, 인자 상관관계식은 레이놀즈수의 -0.8승에 비례하는 것으로 표시된다. 이와 반면, Table 3의 기존 연구 결과에서는 레이놀즈수의 -0.

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