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문제 정의
- 권 등의 실험조건은 작동유체를 공기를 사용하였고 요철 간 거리는 요철높이의 10배이었으며 열전달 실험 대신 물질전달 실험으로부터 열/물질 전달계수를 얻었다. 본 연구에서는 왕복운동이 일어나는 열 산업 기기를 최 적화된 열 역 학적 구조로 제 작하기 위한 기초 자료를 제공하기 위해 왕복운동을 하는 단락된 핀 (fin)을 설치한 사각덕트의 시험부에서 왕복 행정 길이, 왕복운동 주파수, 그리고 유량 변화 가열전달에 미 치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- 시험부 입구 와 출구에 설치된 밸브를 이용하여 유량을 조절하 였다. 그리고 시험 부에 유입되는 물의 온도를 일 정 하게 유지 하기 위 해 시 험부에 서 나오는 물을 재 순환하지 않고 자석 식 펌프 (magnetic pump)에 의하여 외부로 배출하는 개방송출형 구조로 제작 하였다. 유량은 10 mili-liter까지 측정이 가능한 적층식 (cumulative type)유량계와 시계 (timer) 를 사용하여 측정하였다.
- 범위에서 실시하였다. 그후 왕복동이 일어나는 경우에 대한 실험을 행하였다. 매 실험마다 유체유동과 가열상태는 유체가 평형상태를 도달하도록 약 30분 동안 일정하게 유지 시켰다.
- 시험부 출구에는 유체 배 압의 영향을 줄이기 위해 교축 밸브를 사용하였다. 시 험부의 왕복동 장치 (reciprocating system)에 서 속도 변환은 인버터 (Model # 23P7E5, Samsung)를 사용하여 회전주파수가 0.8 Hz에서 60 Hz까지 조절 가능하도록 하였으나 본 연구에 서는 편의상 낮은 주파수인 1.7 Hz, 2.2 Hz, 그리 고 2.6 Hz에 대해 실험을 행하였다. 회 선 기 기는 3 kW, 4 극 그리고, 3 상인 교류전동기들 사용하였다.
- 3). 시험부 단 열장치 옆과 밑에 설치된 송판 외벽면의 온도를 측 정하여 열전도 손실을 점 검하였다. 주위의 온도는 모든 실험과정에서 23 C과 26 C의 사이에 들었 다.
- 평형상태에 도달한 후 유체온도와 바닥면온도를 측정 하였다. 실험 의 불확실성은 Kline and Mclintock「m에 의해 결정하였으며 레이놀즈 수, 맥동 수, 그리고 너셀트수의 불확실성은 각각 8 %, 5%, 그리 고 26 %이 었다.
- 주위의 온도는 모든 실험과정에서 23 C과 26 C의 사이에 들었 다. 온도 측정은 수은온도계로 보정한 자료획득장 치 (Fluke Hydra)로 행하였다. 히터의 가열량 (watQ은 위상 차가 없는 단상의 교류전원을 사용 하였고 전류계(HIOKI 3282)와 전압계 (FLUKE 787)로 측정하였다.
- 그리고 시험 부에 유입되는 물의 온도를 일 정 하게 유지 하기 위 해 시 험부에 서 나오는 물을 재 순환하지 않고 자석 식 펌프 (magnetic pump)에 의하여 외부로 배출하는 개방송출형 구조로 제작 하였다. 유량은 10 mili-liter까지 측정이 가능한 적층식 (cumulative type)유량계와 시계 (timer) 를 사용하여 측정하였다. 시험부 출구에는 유체 배 압의 영향을 줄이기 위해 교축 밸브를 사용하였다.
- 1과 같이 열전달 시 험부를 직 선 왕복동 운동을 할 수 있는 롤러 가이드 위에 설치하였다. 직사각형 덕트의 치수는 180 cm(L) X 3 cm(H) x 7 cm(W)이 며 바닥에는 5 mm 두께의 알루미눔판을, 그리고 벽 면과 상부 판 은 투명 아크릴 판을 사용하여 시 험 부의 내 부유동 을 쉽게 확인할 수 있게 하였다. 시험 부 바닥의 알 루미늄판 밑에는 온도조절장치가 부착된 단상의 히터(woven type, HTWC, Omega Co.
- 매 실험마다 유체유동과 가열상태는 유체가 평형상태를 도달하도록 약 30분 동안 일정하게 유지 시켰다. 평형상태에 도달한 후 유체온도와 바닥면온도를 측정 하였다. 실험 의 불확실성은 Kline and Mclintock「m에 의해 결정하였으며 레이놀즈 수, 맥동 수, 그리고 너셀트수의 불확실성은 각각 8 %, 5%, 그리 고 26 %이 었다.
- 회전반경(r)이 7cm, 11cm 그리고 15 cm인 경우에 대한 실험을 행하여 행정 (stroke)길이의 효과를 조사하였다. 온도측정 센서는 0.
- 온도 측정은 수은온도계로 보정한 자료획득장 치 (Fluke Hydra)로 행하였다. 히터의 가열량 (watQ은 위상 차가 없는 단상의 교류전원을 사용 하였고 전류계(HIOKI 3282)와 전압계 (FLUKE 787)로 측정하였다. 작동유체는 오염(fouling)이비교적 적은 수돗물을 사용하였고 시헌부에 정상 상태로 유체를 공급하기 위하여 시 험부보다 1.
대상 데이터
- 3 mmQ인 테프론 코팅 의 k형 열전대를 사용하였고 바닥 중심선의 11개소에 설치하였다. 열전대는 시험 부의 유체 평균온도 상승을 측정하기 위해 입구와 출구 2 개소, 시험부 바닥 중심부 9개소에 설치하였다. 시험부 바닥벽면 온도측정용 열전 대는 2mm 깊이와 10mm 길이의 홈을 파고 열에폭시 (Loctite 384)로 고정하였다.
- 조사하였다. 온도측정 센서는 0.3 mmQ인 테프론 코팅 의 k형 열전대를 사용하였고 바닥 중심선의 11개소에 설치하였다. 열전대는 시험 부의 유체 평균온도 상승을 측정하기 위해 입구와 출구 2 개소, 시험부 바닥 중심부 9개소에 설치하였다.
- 히터의 가열량 (watQ은 위상 차가 없는 단상의 교류전원을 사용 하였고 전류계(HIOKI 3282)와 전압계 (FLUKE 787)로 측정하였다. 작동유체는 오염(fouling)이비교적 적은 수돗물을 사용하였고 시헌부에 정상 상태로 유체를 공급하기 위하여 시 험부보다 1.5 m 높은 곳의 탱크를 통과하도록 하였다. 시험부 입구 와 출구에 설치된 밸브를 이용하여 유량을 조절하 였다.
- 6 Hz에 대해 실험을 행하였다. 회 선 기 기는 3 kW, 4 극 그리고, 3 상인 교류전동기들 사용하였다. 회전운동을 직선운동으로 변환하는 장치는 Fig.
이론/모형
- 이는 왕복동 주파수가 클수록 유체유동의 난류혼합이 증대하기 때문이라 사료된다. 정지상태의 경우 비교를 위해 공식(5)의 Dittus-Boelter의 실험식 "을 포함하였다. 비교적 잘 일치 함을 보였다.
성능/효과
- (1) 대 체로 시 험부 출구가 입 구측보다 너 셀트 수가 감소하는 경향을 보인다.
- (2) 왕복 주파수와 왕복운동반경 이 클수록 너 셀트수가 증가하였다
- (3) 왕복운동을 하는 거 친 사각채 널에 서 너 셀느수는 레이놀즈수보다 왕복동 주파수의 변화에 더 많은 영 향을 받았다.
- (4) 거칠기가 설치된 왕복운동을하는 채널은 정지된 상태 보다 너셀트 수가 크게 나타났고, 특히 레이놀즈수가 낮을 경우 매끈하고 왕복운동이 일어 나지 않는 경우보다 차이 가 컸다.
- 6Hz인 경우 시험 부 길 이에 따른 무차원 국부 너셀트수의 변화를 보여준다. 3개의 레이놀즈수 (Re =1, 500, 3, 100, 그리고 3, 500)에 대 한 무차원 너 셀트수의 경 향은 Fig. 7과 유사하나, 레 이 놀즈수에 따른 무차원 너셀트수의변화는 맥동수에 의한 경우보다 작았다. 이는 채널 내의 유량보다 왕복동운동이 채널내 흐르는 유체의 층류저층을 파괴하여 이차유동을 증가시켜 대류 열전달을 용이하게 하는 유체혼합에 더 많은 영향을 주기 때문이 라 사료된다.
- 이는 본 연구처럼 유량이 작은 거친 채널의 유동 양상은 레 이놀즈수보다 왕복동 주파수에 더 많은 영향을 받기 때문이라 사료된다. 본 연구의 경우 채널 내 유동양상을 파악하는 데에는 레이놀즈수 만으로는 정확히 예측할 수 없다고 판단된다. 레이놀즈수가 3, 800에서 왕복동 운동 회 전반경 이 7, 11, 그리고 15cm에 대 한 너 셀트수를 매끈하고 정 지된채 널의 너 셀트수(NuQ로 무차원한 값을 Fig.
- 정지상태의 경우 비교를 위해 공식(5)의 Dittus-Boelter의 실험식 "을 포함하였다. 비교적 잘 일치 함을 보였다. 낮은 레 이 놀즈수에 서 는 왕복운동을하는 경 우와 왕복운동을 하지 않는 경 우와의 너셀트수 차이 는 비교적 작았지만, 레이놀즈수가 클수록 너셀트수의 차이 가 확대되 었다.
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