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다양한 형상의 판형 휜을 장착한 원통다관형 열교환기의 열성능 해석
Thermal Performance Analysis of a Shell-and-Tube Heat Exchanger with Plate Fins of Various Shape 원문보기

韓國舶用機關學會誌 = Journal of the Korean Society of Marine Engineers, v.28 no.4, 2004년, pp.648 - 656  

신지영 (동의대학교 기계공학부) ,  손영석 (동의대학교 기계공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a highly efficient shell-and-tube heat exchanger with plate fins is considered to improve thermal performance of the conventional shell-and-tube heat exchanger. This type of shell-and-tube heat exchanger with plate fins of various shape is simulated three-dimensionally using a commerc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 원통다관형 열교환기와 판형 열교환기의 장점만을 함께 취할 수 있는 판형 휜을 적용한 원통다관형 열교환기의 개발을 고려하였다. 즉, 기존의 원통다관형 열교환기의 최대 단점인 체적에 비해 열전달 성능이 떨어지는 점을 보완하기 위해 열전달 성능이 우수한 판형 열교환기의 개념을 도입하여, 원통 내부에 있는 관군(tube bank)을 판형 휜으로 연결하여 열전달 성능을 향상시키고자 하였다.
  • 본 논문에서는 판형 휜을 장착한 원통다관형 열교환기의 열전달 성능을 상용 열유체 해석전용 프로그램인 CFX4.4(13)를 사용하여 3차원 모의계산을 수행하고자 한다. 열교환기 내부의 유동 및 압력강하, 그리고 열전달 성능을 해석하고.
  • 원통다관형 열교환기의 특성을 알아보기 위하여. 엇갈린 관군의 배열, 배플 지지간격(baffle spacing), 배플 형상에 관한 많은 연구(4-7)가 있으며, 휜(fin)의 형상 및 위치에 따른 특성에 대해서 실험과 수치해석을 통한 연구가 있었다.
  • 열교환기 내부의 유동 및 압력강하, 그리고 열전달 성능을 해석하고. 결과를 판형 휜을 적용하지 않은 기존의 원통다관형 열교환기의 열전달 성능과 비교하고자 한다. 또한 판형 휜의 형상에 따른 열전달 성능을 고찰하기 위해 표면에 주름이 없는 평면(plane)표면, 평면표면에 가늘고 긴 홈이 있는 평면-홈 (planebit) 표면, 표면에 주름이 있는 주름(wave)표면, 그리고 주름표면에 가늘고 긴 홈이 있는 주름-홈 (wave-slit)표면의 4가지 형상의 판형 휜을 고려하였다.
  • 또한 판형 휜의 형상에 따른 열전달 성능을 고찰하기 위해 표면에 주름이 없는 평면(plane)표면, 평면표면에 가늘고 긴 홈이 있는 평면-홈 (planebit) 표면, 표면에 주름이 있는 주름(wave)표면, 그리고 주름표면에 가늘고 긴 홈이 있는 주름-홈 (wave-slit)표면의 4가지 형상의 판형 휜을 고려하였다. 이러한 다양한 형상의 판형 휜을 원통다관형 열교환기에 장착하였을 경우 열성능의 향상 정도를 규명하고자 한다.
  • 즉, 기존의 원통다관형 열교환기의 최대 단점인 체적에 비해 열전달 성능이 떨어지는 점을 보완하기 위해 열전달 성능이 우수한 판형 열교환기의 개념을 도입하여, 원통 내부에 있는 관군(tube bank)을 판형 휜으로 연결하여 열전달 성능을 향상시키고자 하였다.

가설 설정

  • 09 mm이다. 또한 주름은 세로(y축)방향의 관열 사이에 위치하는 것으로 가정하였으며. 가로(X축)방향의 길이는 계산 영역 전체의 크기로서 203.
  • 앞서 언급한대로 본 연구에서는 배플과 배플 사이의 일부분에 대해서만 모델링하였으며, 입출구는 개방되어 있는 것으로 가정하였다. 입구측 경계조건으로는 균일한 속도와 온도를 주었고, 출구 측 경계조건으로는 압력을 주고 나머지 변수는 출구에서의 구배를 0으로 주어 그 값을 계산하노록 하였다.
  • 입구측 경계조건으로는 균일한 속도와 온도를 주었고, 출구 측 경계조건으로는 압력을 주고 나머지 변수는 출구에서의 구배를 0으로 주어 그 값을 계산하노록 하였다. 원통측 출구는 실제 관심영역인 관군이 있는 영역에서 충분히 길게 평판을 추가 설치하여 경계조건으로 구배가 0이라는 가정이 타당하도록 하였다. 열교환기에 유입되는 원통측 물의 온도는 353K로 하였으며, 관측 물의 온도는 293K로 하였다.
  • 홈은 가로(X축)방향으로 관과 관 사이에 각각 한 쌍씩 위치하는 것으로 가정하여. 가로(X축) 및 세로(y축)방향의 길이는 각각 11.
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