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거친 사각채널에서 열전달과 유체유동 특성에 관한 실험 및 수치해석

Experimental and Numerical Investigation on Heat Transfer and Fluid Flow Characteristics in the Ribbed Square Channel

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.30 no.2, 2006년, pp.275 - 283  

강호근 (경상대학교 기계항공공학부.해양산업연구소) ,  배성택 (경상대학교 대학원 기계시스템공학과(주식회사 태건)) ,  이대희 (인제대학교 기계자동차공학부) ,  안수환 (경상대학교 기계항공공학부.해양산업연구소)

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Experiment and three dimensional numerical investigations of incompressible turbulent flow through square channels with one- and two-sided ribbed walls are performed to determine pressure drop and heat transfer. The CFX(version 5.7) software package is used for the computation. The ribbed walls have...

주제어

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문제 정의

  • 거칠기가 설치된채널에서 마찰계수와 열전달의 정량적인 값은 반드시 거칠기가 설치된 벽면의 수에 비례하지 않으리라 사료된다. 본 연구의 목적은 사벽면이 일정 열유속으로 가열된 벽면들을 서로 독립적으로 설치하여가열된 사각채널에서 거칠기를 바닥에 만 설치한경우와 바닥과 상부벽면에 설치한 경우의 열전달과압력강하 특성에 대해 상용 CFD코드인 CFX-5.7 을 이용하여 3차원 수치계산을 수행하고, 그 계산된 자료를 실험으로 검증하는데 있다. 거친 채널은충돌각이 45°로 경사지게 거칠기가 배열된 벽으로구성하였다.
  • 가스터빈의 에어포일(airfoil) 냉각장치는 요철(rib turbulator)을 채널의 측면에 설치한다. 양면에거칠기가 있는 사각 채널의 완전히 발달된 영역에서 레이놀즈 수와 거칠기 형상(거칠기 높이, 거칠기간격, 거칠기 충돌각, 그리고 거칠기 모양)이 열전달과 압력강하에 미치는 효과에 대해 연구된 바가있다.(1), (2) 그리고 거칠기 형상과 채널의 종횡 비의복합적 효과가 국부 열전달과 압력강하에 미치는영향에 관한 연구가 또한 보고 된 바 있으며, (3)-(5) 연구결과 경사된 충돌각을 가진 거칠기 구조가 수직인 거칠기 구조인 경우보다, 그리고 채널 종횡 비가 높은 채널보다 열전달 성능이 우수함을 보였다.
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참고문헌 (11)

  1. J. C. Han, 'Heat Transfer and Friction in Channels with Two Opposite Rib-roughened Walls,' J. Heat Transfer, Vol. 106, pp. 774-781, 1984 

  2. J. C. Han, J. S. Park and C. C. Lei, 'Heat Transfer Enhancement in Channels with Turbulence Promoters,' J. Eng. Gas Turbine Powers, Vol. 107. pp. 629-635, 1985 

  3. J. C. Han, 'Heat Transfer and Friction Characteristics in Rectangular Channels with Rib Turbulators,' J. Heat Transfer, Vol. 110, pp. 321-328, 1988 

  4. J. C. Han and J. S. Park, 'Developing Heat Transfer in Rectangular Channels with Rib Turbulators,' Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 31, pp. 183-195, 1988 

  5. J. C. Han, S. Ou, J. S. Park and C. K. Lei, 'Augmented Heat Transfer in Rectangular Channels of Narrow Aspect Ratios with Rib Turbulators,' Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 32, pp. 1619-1630, 1989 

  6. S. C. Lau, R. D. McMillin and J. C. Han, 'Turbulent Heat Transfer and Friction in a Square Channel with Discrete Rib Turbulators,' J. Turbomachinery, Vol. 113, pp. 360-366, 1991 

  7. S. C. Lau, R. D. McMillin and J. C. Han, 'Heat Transfer Characteristics of Turbulent Flow in a Square Channel with Angled Discrete Ribs,' J. Turbomachinery, Vol. 113, pp. 367-374, 1991 

  8. R. T. Kukreja, S. C. Lau, R. D. McMillin and P. R. Chandra, 'Effects of Length and Configuration of Transverse Discrete Ribs on Heat Transfer and Friction for Turbulent Flow in a Square Channel,' ASME/JSME Thermal Engineering Joint Conference, Vol. 3, pp. 213-218, Reno, Nevada, 1991 

  9. C. Choi, D. H. Rhee and H. H. Cho, 'Heat/Mass Transfer and Pressure Drop in a Square Duct with V-shaped Ribs,' Trans. of the KSME (B), Vol. 26, No. 11, pp. 1542-1551, 2002 

  10. S. J. Kline and F. A. McClintock, F. A., 'Describing Uncertainties in Single Sample Experiments,' Mech. Eng., Vol. 75, pp. 3-8, 1953 

  11. W. M. Kays and M. E. Crawford, Convective Heat and Mass Transfer, 2nd ed., McGraw-Hill New York, 1989 

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