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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 틈새간격이 좁은 경우에 대한 열전달특성을 분석하여 Kang°)의 결과와 비 교함으로써 틈새간격과 결합된 외부 튜브 길이 효과를 규명하여 향상된 열전달 특성을 가지는 풀비등열교환기 설계 자료를 확보하고자 한다.
제안 방법
- 3에 나타내었다. Lo7\ 0.2m부터 0.6m까지 변화할 때의 실험값을 나타내었으며, 각각의 값들을 환상공간이 없는 경우0°=O.Om)와 서로 비교하였다. 환상공간의 길이와 무관하게 환상공간이 있는 모든 경우에 대해 열전달계수는 환상공간이 없는 경우보다는 큰 값을 가지는 것을 알 수 있다.
- 정확한 온도 측 정을 위해 열전대의 끝 부분을 10mm 정도 직각 으로 굽힌 후 굽힌 부분을 튜브 표면에 청동으로 접합하였다. 수조 내부 물온도를 측정하기 위하여 6개의 T-형식 열전대(직경 1.5mm)를 내부 수 조의 바닥면으로부터 상부방향으로 180nun 간격 으로 설치하였다. 모든 열전대는 물의 포화온도 에서 교정하였다.
- 열손실을 줄이기 위해 수조의 좌, 우, 그리고 뒷면은 50mm 두께의 유리섬유로 단열처리 하였다. 열교환 튜브는 Fig.
- 모든 열전대는 물의 포화온도 에서 교정하였다. 예열히터 및 가열시편에 공급 되는 전압 및 전류를 각각 측정하고 제어하기 위하여 전압 및 전류를 디지털 값으로 읽을 수 있는 3개의 채널로 구성된 두 대의 전력공급계를 사용하였다. 각 채널당 용량은 10kW이다.
- 외부 수조 바닥면으로부터 1100mm 높이가 되도 록 수조 내부에 물을 채운 후 4개의 예열히터를 작동하여 물을 가열하였다. 수조 내부의 물이 포 화온도(4G에 도달하였을 때 비응축 가스 제거 를 위하여 30분 정도 추가적인 가열을 수행한 후 가열튜브에 전원을 공급하였다.
- 1(c) 에 나타낸 유리관지지대를 수조 내부의 지지대에 조립한 다음 최종적으로 유리관을 유리관지지대 에 고정하였다. 유리관의 고정을 위하여 유리관 지지대에 유리관의 내경 및 외경을 고려한 깊이 10mm 가량의 홈을 원형으로 가공하여 유리관이 그 틈새에 끼워지도록 하였다. 한편, 유리관 조립 부로 유로가 형성되는 것을 방지하기 위하여 지 지대와 유리관 접합부를 실리콘으로 밀봉하였다.
- 튜브 표면온도는 직경 L5mm인 5개의 T-형식 열전대를 사용하여 측정하였다. 정확한 온도 측 정을 위해 열전대의 끝 부분을 10mm 정도 직각 으로 굽힌 후 굽힌 부분을 튜브 표면에 청동으로 접합하였다. 수조 내부 물온도를 측정하기 위하여 6개의 T-형식 열전대(직경 1.
- 수조 내부의 물이 포 화온도(4G에 도달하였을 때 비응축 가스 제거 를 위하여 30분 정도 추가적인 가열을 수행한 후 가열튜브에 전원을 공급하였다. 튜브에 대한 열 유속을 변경하면서 정상상태에 도달하였을 때 튜 브표면온도(7詩)를 측정하였다. 본 연구와 같이
- 감에 따른 이력현상은 무시할 수 있을 정도이므로。, ”) 열유속이 증가하는 경우에 대해 실험값을 취득하였다. 하나의 조합에 대한 실험이 끝나면 다음 조합에 대하여 실험을 수 행하였으며, 외부튜브 길이를 증가하면서 실험을 진행하였다.
- 하부유로가 폐쇄된 환상공간(s=3.65mm)의 외부 튜브 길이 변화가 대기압 조건하에 있는 물의 풀 비등에 미치는 영향을 규명하기 위하여 다섯 가지 서로 다른 튜브길이(0.2~0.6m)에 대한 실험을 실시하고 그 결과를 단일튜브에 대한 결과와 서로 비교하였다. 주요 결론은 다음과 같다.
- 유리관의 고정을 위하여 유리관 지지대에 유리관의 내경 및 외경을 고려한 깊이 10mm 가량의 홈을 원형으로 가공하여 유리관이 그 틈새에 끼워지도록 하였다. 한편, 유리관 조립 부로 유로가 형성되는 것을 방지하기 위하여 지 지대와 유리관 접합부를 실리콘으로 밀봉하였다.
대상 데이터
- 1과 같다. 수조[Fig. 1(a)]의 재질은 스테인리스강이며, 사각형 단면적 (950x1300mm)과 1400mm의 높이를 가지고 있다. 이 수조의 전면은 관찰 및 사진 촬영을 위해 유 리로 되어 있으며 가로X세로가 1000x1000mm이다.
- 열손실을 줄이기 위해 수조의 좌, 우, 그리고 뒷면은 50mm 두께의 유리섬유로 단열처리 하였다. 열교환 튜브는 Fig. 1(b)에 나타낸 것과 같은 전기저항히터(가열길이X직경=540시9.1mm)로서 모 사하였다. 히터의 표면은 버핑가공을 거쳐서 매 끈하게 가공하였으며, 220V의 교류 전원은 시편 의 하부를 통하여 공급하였다.
- 튜브 표면온도는 직경 L5mm인 5개의 T-형식 열전대를 사용하여 측정하였다. 정확한 온도 측 정을 위해 열전대의 끝 부분을 10mm 정도 직각 으로 굽힌 후 굽힌 부분을 튜브 표면에 청동으로 접합하였다.
- 환상공간(s=3.65mm)을 구현하기 위하여 Table 2에 나타낸 것과 같이 길이가 서로 다른 여섯 개의 유리관(乙=0.2~ 0.6m) 을 가열튜브의 외부에 각각 설치하였다. 한편, 유리관과 가열 시편 사이에 균일한 간격이 유지되도록 하기 위하여 Fig.
성능/효과
- 이들 결과들을 살펴보면 하부유로가 차단된 제 한된 공간에서 풀비등열전달이 발생하면 구속되 지 않은 경우와 비교할 때 저 열유속0") 영역에 서는 300-500% 정도 열전달이 향상된다.“I) 그러나 열유속이 지속적으로 증가하면 열전달계수 의 증가가 둔화되는 경향을 나타낸다.
- (1) 환상공간의 존재는 외부 튜브길이의 크기와 는 무관하게 단일튜브에 비하여 높은 열전달계수 를 갖게 한다.
- (2) 외부튜브 길이 변화에 따른 열전달특성 변화는 열유속이 60kW/m2-K보다 높은 경우 분명하 게 관찰된다.
- (4) 외부 튜브길이의 감소는 환상공간이 지니는 열전달향상 효과는 그대로 유지하면서 고열유속 영역에서 발생 가능한, CHF와 같은 문제를 방지 할 수 있다.
- 5에 함께 나타내었다. 열유속 증가에 따른 열전달계수의 변화를 살펴보면 틈새 간격이 작을수록 외부튜브 길이가 클수록 열유속 증가에 따른 열전달계수의 증가가 분명하게 나타나는 것을 알 수 있다. 이러한 특성은 전술한 것과 같이 환상공간 내부에 발생하는 액체교란 효 과와 관계가 있으며, 외부 튜브길이가 증가하거 나 환상공간의 틈새간격이 감소하면 환상공간 내 부에서 기포덩어리가 더 강한 상하 교반운동을 하게 되고 이것이 환상공간 내부에 액체교란을 유발하는 것으로 해석된다.
- 그러나 열유속 이 증가하면서 기포덩어리 형성에 따른 유체 유 입을 방해하여 열전달을 감소하는 정도가 증가하 게 되면 열전달계수 증가율의 둔화현상이 발생하 게 된다. 틈새간격이 본 연구보다 더 넓은 Kang㎛ 의 경우에는 £°=0.6ni에 대한 열전달계수 증가율 이 점차적으로 둔화되는 경향을 보여주지만 틈새 간격이 작은 본 연구에서는 Fig. 3에 나타낸 것과 같이 열전달계수의 둔화가 관찰되면서 이것이 곧바로 임계열유속(critical heat flux, CHF)으로 진행되는 것을 관찰할 수 있었다. 틈새간격이 좁아질 수록 기포덩어리가 열전달에 미치는 영향이 더 민감하게 나타나므로 지속적인 열전달계수 증가 이후 갑작스런 CHF 발생으로 연결된다.
- Om)와 서로 비교하였다. 환상공간의 길이와 무관하게 환상공간이 있는 모든 경우에 대해 열전달계수는 환상공간이 없는 경우보다는 큰 값을 가지는 것을 알 수 있다. 열유속이 60kW/m2-K보다 낮은 경우 환상공간에 대한 열전달계수는 &의 값에 무관하게 서로 비슷한 값을 가지지만 열유속이 이 값보다 증가하면 &의 값에 따라 열전달 특성이 서로 다르게 나타나는 것을 알 수 있다.
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