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문제 정의
- 또한, 주어진 운전조건에서 열전달이 가장 잘 일어나는 형상을 설계하려면 튜브의 직경과 튜브와 튜브 사이의 간격 , 튜브의 배열 방법 등에 대한 자세한 데 이 터가 필수적이다. 따라서 본 실험에서는 열교환기의 튜브와 튜브 사이의 간격, 튜브의 배열 방법을 변화시키면서 높은 열전달률을 얻을 수 있는 설계조건이 무엇인지 살펴보고자 한다.
제안 방법
- 본 실험장치와 실험방법의 타당성을 검증하기 위해 서단일 원관에 대한 예비실험을 수행하였다. 단일 원관을유동의 흐름방향과 수직하게 배열한 후 이 원관의 표면에서 국부적인 열전달계수를 측정하여 Gied任의 데이터와 비교하여 Fig.
- 또한, 입구로부터 유동이 충분히 발달되는 6번째 관에 일정한 열유속을 공급하기 위하여 스테인레스 스틸 박판을 부착하였고, 유동방향과 마주보는 곳을 0。로 기준삼아 30。, 50°, 70°, 90°, 110°, 130°, 150。인지점에 원주 방향으로 8곳에 열전대를 삽입 .부착하여 시험 부의 온도를 측정하였다. 8개의 열전대로부터 측정된 온도는 데이터 취득장치(4)와 컴퓨터(5)를 이용하여 수집 .
- 이후 시험 부(3)가 정상상태가 될 때까지 1시간정도 경과 된 후 온도와 유속을 측정하였다. 이와 같은 방법으로 정렬 배열과 엇갈림 배열, 튜브 중심사이의 거리인 가로피치(SQ 를 0.05 m와 0.075 m, 위 튜브와 아래 튜브의 중심거리인 세로피치(歸)를 0.08, 0.10, 0.12 m, 중대형 보일러에 초점을 두었기 때문에 레이놀즈수를 20, 000, 30, 000, 40, 000, 50, 000로 변화시키면서 반복 실험을 수행하였다.
- 박판에 일정한 열 유속을 공급하였다. 이후 시험 부(3)가 정상상태가 될 때까지 1시간정도 경과 된 후 온도와 유속을 측정하였다. 이와 같은 방법으로 정렬 배열과 엇갈림 배열, 튜브 중심사이의 거리인 가로피치(SQ 를 0.
- 8개의 열전대로부터 측정된 온도는 데이터 취득장치(4)와 컴퓨터(5)를 이용하여 수집 .저장하였고, 시험부에 일정한 열유속을 공급하기 위하여 직류 전원공급기(8)를 시험부에 부착된 구리 막대와 연결하였다. 또한, 유속을 측정하기 위해서 시험부 앞에 부착된 피토튜브와 마노미터를 이용하였다.
- 4에 나타낸 것처럼 직경 50 mm인 8개의 원관이 부착된 윗판과 아래판이 서로 마주보고 있도록 시험 부를 제작하였다. 특히, 윗판과 아래판 사이의 간격을 조절할 수 있도록 제작하였으며, 시험부 입구에 경사판을 설치하여 시험부 입구 부분에서 유동이 왜곡되는 것을 방지하도록 하였다. Fig.
- 풍동의 전원을 켜고 인버터(1)를 이용하여 시험부(3) 내의 유속을 조절하고 직류 전원공급기 (8)로 스테인레스스틸 박판에 일정한 열 유속을 공급하였다. 이후 시험 부(3)가 정상상태가 될 때까지 1시간정도 경과 된 후 온도와 유속을 측정하였다.
대상 데이터
- 부착하여 시험 부의 온도를 측정하였다. 8개의 열전대로부터 측정된 온도는 데이터 취득장치(4)와 컴퓨터(5)를 이용하여 수집 .저장하였고, 시험부에 일정한 열유속을 공급하기 위하여 직류 전원공급기(8)를 시험부에 부착된 구리 막대와 연결하였다.
- 시험 부(3肖 재질은 두께 10 mm의 아크릴이며, 그 크기는 300 X300X 1, 000mm이다. 또한 정렬 배열 실험을 위해서 Fig. 4에 나타낸 것처럼 직경 50 mm인 8개의 원관이 부착된 윗판과 아래판이 서로 마주보고 있도록 시험 부를 제작하였다. 특히, 윗판과 아래판 사이의 간격을 조절할 수 있도록 제작하였으며, 시험부 입구에 경사판을 설치하여 시험부 입구 부분에서 유동이 왜곡되는 것을 방지하도록 하였다.
- 저장하였고, 시험부에 일정한 열유속을 공급하기 위하여 직류 전원공급기(8)를 시험부에 부착된 구리 막대와 연결하였다. 또한, 유속을 측정하기 위해서 시험부 앞에 부착된 피토튜브와 마노미터를 이용하였다.
- 본 실험을 위해서 Fig. 3과 같이 총길이 4.17 m, 최고풍속 18m/sec인 개방형 흡입식 풍동이 사용되었으며, 균일한 유동을 얻기 위해서 허니컴(7)을 사용하였다. 시험 부(3肖 재질은 두께 10 mm의 아크릴이며, 그 크기는 300 X300X 1, 000mm이다.
- 17 m, 최고풍속 18m/sec인 개방형 흡입식 풍동이 사용되었으며, 균일한 유동을 얻기 위해서 허니컴(7)을 사용하였다. 시험 부(3肖 재질은 두께 10 mm의 아크릴이며, 그 크기는 300 X300X 1, 000mm이다. 또한 정렬 배열 실험을 위해서 Fig.
- 5와 같은 엇갈림 배열에서는 정렬 배열에 사용된 원관을 그대로 사용하였으며, 단지 €개의 원관이 부착된 윗판과 아래판의 배열을 어긋나게 하여 사용하였다. 또한, 입구로부터 유동이 충분히 발달되는 6번째 관에 일정한 열유속을 공급하기 위하여 스테인레스 스틸 박판을 부착하였고, 유동방향과 마주보는 곳을 0。로 기준삼아 30。, 50°, 70°, 90°, 110°, 130°, 150。인지점에 원주 방향으로 8곳에 열전대를 삽입 .부착하여 시험 부의 온도를 측정하였다.
성능/효과
- (1) 모든 배열에서 레이놀즈수가 증가함에 따라 누셀 수가 증가하였다. Si=0.
- (2) 같은 레이놀즈수에서 엇갈림 배열이 정렬 배열에 비해 큰 누셀 값을 갖으며 , Sl=0.05 m의 간격을 가진 경우 정렬 배열에 비해 대략 증가하였고, Sl=0.075 이의 간격을 가진 경우 5-50% 증가하였다.
- (3) Sl=0.075 m일 때가 SL=0.05 m인 경우에 비해 보다 40% 이상 증가하였다. 그러나 엇갈림 배열에서 레이놀즈수 20, 000에서는 £=0.
- SL=0.05m인 경우에 정렬 배열과 엇갈림 배열의 누셀 수를 비교해보면, 평균적으로 엇갈림 배열이 정렬 배열보다 누셀수가 4-6% 정도 크게 나타났으며, 최대 15% 까지도 나타났다. 또한, 같은 각도에서 레이놀즈수에 따른 누셀수를 비교해 보면, 레이놀즈수가 증가함에 따라 누셀 수 역시 증가하였으며, 국부적으로 54%의 상승을 보인 곳도 있다.
- Si=0.075m일 때 정렬 배열과 엇갈림 배열 사이의 누셀 수 값은 엇갈림 배열이 더 크게 나타났으며, 국부적으로 74%의 증가를 보이는 부분도 있고, 평균적으로는 SL=0.075m일 때 엇갈림 배열이 정렬 배열보다 22% 정도 크게 보였다. 그리고 누셀수의 증가폭이 가장 큰 부분은 St=0.
- 1 m에 비해 더 작은 누셀수를 나타낸다. 결과적으로 ST=0.1 tn, 레이놀즈수 50000, 각도 70일 때 누셀 수의 최적값이 존재하고 있다.
- 075 m인 경우보다 평균 누셀수가 2% 정도 크게 나타났다. 결과적으로, 30, 000 이상의 레이놀즈수에서는 St와 상관없이 Sl=0.075 m*l 엇갈림 배열이 크고, 30, 000 미만의 레이놀즈수에서 각각의 각도에서 누셀수의 평균을 계산하였을 때, Sl=0.05 이인 엇갈림 배열이 가장 크게 나타났으며 , 가장 큰 누셀수는 歸=0.075 m, St=0.08 m, 레이놀즈수 50, 000인_엇갈림 배열에서 나타났다. 精, Sl, Re 수에 대한 N&, 却 , 오차는 각각 5, 8%로 나타났다.
- 또한, 같은 각도에서 레이놀즈수에 따른 누셀수를 비교해 보면, 레이놀즈수가 증가함에 따라 누셀 수 역시 증가하였으며, 국부적으로 54%의 상승을 보인 곳도 있다. 그리고 ST 변화에 따른 누셀수를 비교해보면, 레이놀즈수가 20, 000일 때 정렬 배열은 St가 0.08 m의 경우가 0.1 m와 0.12 m인 경우보다 누셀수가 각각 3.6%와 6% 정도 크게 나타났다. 그러나 레이놀즈수가 40, 000일 때 S가 0.
- 6에 표시하였다. 그림에서 볼 수 있듯이 Giedt의 데이터와 예비실험의 결과가 최대 오차 5% 이내로 잘 일치하였다. 따라서 본 실험에서 사용된 실험 장치와 방법이 타당함을 확인하였다.
- 12 m로변할 때 정렬 배열의 원관 군에서 완전히 발달한 유동에 의한 표면에서의 원주 방향 위치에 따른 누셀수의 변화이다. 그림에서 볼 수 있듯이 레이놀즈수가 30, 000, 40, 000, 50, 000^로 증가함에 따라 누셀수는 47, 35, 27% 씩 증가하였다. 그러나 歸=0.
- 그림에서 볼 수 있듯이 Giedt의 데이터와 예비실험의 결과가 최대 오차 5% 이내로 잘 일치하였다. 따라서 본 실험에서 사용된 실험 장치와 방법이 타당함을 확인하였다.
- 08111인 경우가 가장 큰 누셀수가 나타난다. 따라서 정렬 배열의 경우 歸만이 누셀수에 영향을 주지만, 엇갈림 배열에서는 ST 뿐만 아니라, 레이놀즈수 역시 변수가 됨을 알 수 있다.
- 그림에서 알 수 있듯이 레이놀즈수가 30, 000, 40, 000, 50, 000으로 변화함에 따라 누셀 수가 각각 33, 30, 27%씩 증가하였다. 또한, 30° 부근에서 누셀수가 최소가 되며, 원주 방향의 위치에 따라 누셀수가 크게 변화하는 것을 알 수 있었다. 즉, 유체의 흐름에 가장 많이 노출된 50-90° 부근에서는 누셀 수가 크게 나타나고 특히 70。일 때 누셀수가 최대가 되며 70~130에서는 누셀수가 감소하는 경향을 보였다.
- 05m인 경우에 정렬 배열과 엇갈림 배열의 누셀 수를 비교해보면, 평균적으로 엇갈림 배열이 정렬 배열보다 누셀수가 4-6% 정도 크게 나타났으며, 최대 15% 까지도 나타났다. 또한, 같은 각도에서 레이놀즈수에 따른 누셀수를 비교해 보면, 레이놀즈수가 증가함에 따라 누셀 수 역시 증가하였으며, 국부적으로 54%의 상승을 보인 곳도 있다. 그리고 ST 변화에 따른 누셀수를 비교해보면, 레이놀즈수가 20, 000일 때 정렬 배열은 St가 0.
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