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김치냉장고 내의 유동 및 열전달 특성에 관한 수치해석
A Numerical Study on the Flow and Heat Transfer Characteristics in a Kimchi Refrigerator 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.15 no.12, 2003년, pp.1078 - 1087  

윤준원 (군산대학교 기계공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Kimchi refrigerator is a household electric appliance developed with the wholly domestic technology for maturing and keeping kimchi. However, the principle of keeping is not yet revealed obviously. This numerical study has been conducted to investigate the flow and heat transfer characteristics in a...

주제어

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문제 정의

  • 또한 증발관 배열형태의 변경에 따른 김치용기 내의 온도 분포를 비교함으로써 온도분포의 균일성을 향상시킬 수 있는 증발관 배열형태의 개선방안을 제시하고자 하였다. 그리고 단열재 표면의 열 유속분포를 파악함으로써 단열재를 통한 열전달 특성을 고찰하였고, 외부로부터의 열전달률은 같게 유지하면서 단열재 양을 절감할 수 있는 단열재 두께에 대한 개선방안을 얻고자 하였다.
  • 3을 사용하여 김치냉장고 내의 유동 및 열전달 특성을 상세히 규명함으로써 김치를 장기간 보관할 수 있는 작동원리를 밝히고자 하였다. 또한 증발관 배열형태의 변경에 따른 김치용기 내의 온도 분포를 비교함으로써 온도분포의 균일성을 향상시킬 수 있는 증발관 배열형태의 개선방안을 제시하고자 하였다. 그리고 단열재 표면의 열 유속분포를 파악함으로써 단열재를 통한 열전달 특성을 고찰하였고, 외부로부터의 열전달률은 같게 유지하면서 단열재 양을 절감할 수 있는 단열재 두께에 대한 개선방안을 얻고자 하였다.
  • 본 연구에서는 김치냉장고의 보관원리를 규명하고 증발관 배열형태 변경에 따른 김치용기 내의 온도분포를 비교하며 보관고 각 면의 단열재를 통한 열전달 특성을 밝히기 위하여, 수치 해석적 방법을 이용하여 김치냉장고 내의 유동 및 열전달 특성을 고찰함으로써 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 따라서 실제 작동 상태에 대한 수치해석은 상당한 계산시간 및 계산 용량이 요구되어 현실적으로 어렵다. 연구에서는 대표적인 현상을 예측하는 데 초점을 맞추어 일정한 주기작동 상태에서 시간 평균화된 유동 및 열전달 특성을 밝히고자 하였다. 경계 조건으로 계산영역의 바깥 표면에서는 실험 조건에 맞추어 30℃의 온도를 부여하였고, 증발관 표면에서는 실험에 의해 측정된 온도를 시간 평균하여 적용하였다.
  • 본 연구에서는 보관고 내의 온도분포 균일성을 향상시킬 수 있는 증발관 배열형태에 대한 개선 방안을 얻기 위하여, Table 2에 나타낸 4가지 경우로 변경시킨 증발관 배열형태를 대상으로 수치 해석을 수행하였다. Case 1과 Case 2는 증발관이 감기기 시작하는 위치변경에 따른 영향을 고찰하기 위하여 현재보다 시작위치를 위로 올린 경우이며 현재와 같이 등 피치로 배열하였다.
  • 본 연구에서는 상용 열유동 해석코드인 CFX-5.3 사용하여 김치냉장고 내의 유동 및 열전달 특성을 상세히 규명함으로써 김치를 장기간 보관할 수 있는 작동원리를 밝히고자 하였다. 또한 증발관 배열형태의 변경에 따른 김치용기 내의 온도 분포를 비교함으로써 온도분포의 균일성을 향상시킬 수 있는 증발관 배열형태의 개선방안을 제시하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 현재의 단열재 두께를 변경하여, 단열재를 통한 외부로부터의 열전달률은 현재와 같게 유지하면서 단열재 양을 절감할 수 있는 하나의 방안을 검토하였다. 단열재 두께 변경은 Table 3에서 고찰한 각 방향의 평균 열유속 크기를 토대로 아래쪽 단열재 두께는 13mm 줄이고, 앞쪽과 뒤쪽의 단열재 두께는 3mm 늘렸다.
  • 따라서 효과적인 단열 처리에 의해 소비전력을 줄이든지, 효율적인 단열재 배치에 의해 단열재 재료비용을 절감하는 측면에서 기술 개발이 요구되고 있다. 이를 위해 본 연구에서는 김치냉장고의 단열재를 통한 열전달 특성을 상세히 고찰하였다.

가설 설정

  • 공기 유동의 속도 및 온도차가 크지 않기 때문에 부력 항은 Boussinesq 가정을 이용하였고, Rayleigh 수는 1()8보다 작으므로 층류로 가정하였다. 김치 용기 경우, 실제 작동에서는 김치가 담겨 있지만 실험조건에 맞추어 염도 2.5%인 소금물로 취급하였으며 유동이 없는 고체로 가정하였다. 김치 용기와 흡열판, 그리고 단열재 등과 같은 고체 내의 온도장을 해석하기 위하여 아래의 열전도 방정식을 위의 식들과 중첩하여 해석한다.
  • 그리고 ;는 중력 가속도이다. 공기 유동의 속도 및 온도차가 크지 않기 때문에 부력 항은 Boussinesq 가정을 이용하였고, Rayleigh 수는 1()8보다 작으므로 층류로 가정하였다. 김치 용기 경우, 실제 작동에서는 김치가 담겨 있지만 실험조건에 맞추어 염도 2.
  • 위하여 기계실 및 증발관 내부를 제외한 전영역을 해석대상으로 하였다. 또한, 보관고 형상은 좌우 대칭이고 같은 작동상태에 있는 것으로 가정하여 반쪽만을 계산영역으로 채택하였다. Fig.
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