[논문]슬릿휜-관 열교환기의 설계조건에서 공기측 압력강하 산출

조성철; 김창덕; 김창업; 권정태; 임효재

[국내논문] 슬릿휜-관 열교환기의 설계조건에서 공기측 압력강하 산출
Evaluation of Air-side Friction Characteristics on Design Conditions of Slit Fin and Tube Heat Exchanger 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.16 no.3 = no.51, 2007년, pp.149 - 154

조성철 (롯데건설(주) 플랜트사업본부) , 김창덕 (한국산업단지공단 클러스터추진팀) , 김창업 (호서대학교 전기공학과) , 권정태 (호서대학교 기계공학과) , 임효재 (호서대학교 기계공학과)

초록
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본 연구에서는 슬릿 휜-관 열교환기의 공기측 압력강하 특성을 실험적으로 고찰하였다. 물을 작동유체로 사용한 기존의 실험은 공기측 압력강하에 대해 일관된 방법을 제시하지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 R22를 적용하여 휜-관 열교환기의 전표면과 습표면에 공기측의 압력강하 특성을 나타내는 표준 방법을 제시하고자 하였다. 기존의 실험 상관식과 본 연구에서 제시한 실험 데이터를 증발기와 응축기의 설계조건에서 레이놀즈수와 f-factor의 관계식으로 나타내었다. 본 실험은 공기의 속도가 $0.38{\sim}1.6\;m/s$ 일 때 냉매의 질량 유속 범위를 $150{\sim}250\;kg/m^2s$하여 수행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

An experimental study on the air-side pressure drop of slit fin-tube heat exchanger has been carried out. The data reduction methodology for air-side pressure drop in the literature is not based on a consistent approach. This paper focuses on method of data reduction to obtain the air-side performance of fin-tube heat exchanger using R22 and recommends standard procedures for dry and wet surface pressure drop estimation in fin-tube heat exchanger. A comparison was made between the predictions of previously proposed empirical correlations and experimental data for the air-side pressure drop on design conditions of condenser and evaporator. Results are pre-sented as plots of friction f-factor against Reynolds number based on the fin collar outside diameter and compared with previous studies. The data covers a range of refrigerant mass fluxes of $150{\sim}250\;kg/m^2s$ with air flows at velocity ranges from 0.38 m/s to 1.6 m/s.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 실제 제조 양산공정으로부터 슬릿휜관 열교환기를 직접 제작하여 작동유체로 냉매를 사용한 증발기와 응축기의 설계조건에서 실험을 수행한 후 Fanning 마찰계수 f-factor값의 산출하고자 한다. 산출된 /factor 값은 물을 작동유체로 구한 건 .
산출된 /factor 값은 물을 작동유체로 구한 건 . 습표면, 평판휜, 슬릿휜, 슈퍼슬릿휜의 실험결과와 비교하여 제안 방법의 신뢰성을 검증하여 공기측 성능평가방법의 타당성을 제시하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서 실험조건은 Table 2와 같으며, 응축기와 증발기의 설계조건은 각 냉매의 질량유속을 일정하게 유지하면서 공기유속을 변화시키는 방법을 사용하였다. 즉, 냉매의 질량유속 변화에 따른 출구 과열도 조건을 만족하기 위한 공기유속의 측정으로부터 공기측 압력강하의 산출이 이루어진다.
본 연구에서는 냉매 R22를 적용한 슬릿휜괸: 열교환기의 증발기와 응축기 설계조건에서 공기측 압력강하를 산출하였고 작동유체로 물을 사용하여 계산된 기존의 실험 결과와 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 시험 열교환기는 대향류 형태인 슬릿휜관 열교환기로 제작하였으며 , 관내는 미세휜 (micro- fin)이 가공되어 있는 관외경 9.52 mm의 동관을 사용하였다. 슬릿휜관 열교환기의 휜형상과 형상특성의 세부 제원을 각각 Fig.

이론/모형

Fanning 마찰계수 f-factoi는 공기측 압력강하 AP을 이용하여 휜-관 열교환기의 입구 및 출구 손실계수의 영향을 무시한 Kays and London"1식을 사용하였다.

성능/효과

따라서 상대습도 50%에서 공기측 압력강하와 f- factor값은 40%보다 각각 평균 20.8, 10.5% 작았으며, R factor값은 공기유속이 작을수록 공기의 상대습도 영향이 크게 나타났다.
4는 응축기의 설계조건에서 냉매의 질량유속과 공기유속어) 따른 공기측 압력강하(AR)를 보여주고 있다. 공기측 압력강하는 모든 냉매의 질량유속 범위에서 공기 유속이 증가할수록 단조 증가하였으며, 냉매의 질량 유속과 공기유속이 클수록 변화폭이 상승하였다. 특히 냉매의 질량유속 250kg/m2s의 경우 입려강하는 150, 200 kg/m2s보다 각각 평균 4.
즉, 출구의 공기 온도가 높아져서 공기의 비체적과 속도를 증가시켜 공기의 유동 저항이 증가하므로 공기측 압력강하는 크게 나타나는 것이다. 이러한 효과를 보다 더 명확히 규명하기 위하여 공기와 휜의 온도가 동일하도록 관내 냉매의 유동이 없을 경우와 비교한 결과, 공기측 압력강하는 질량유속 150, 200, 250kg/m2s보다 각각 평균 3.1, 5.4, 7.5% 낮아 관내측 질량유속이 공기측 압력강하에 영향이 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 물을 사용할 경우 얻을 수 없는 실질적인 현상임을 알 수 있다.
6% 높게 나타나서 R22를 적용하여 구한 f-factor값은 물을 이용하여 산출한 기존의 f-factor값과 휜형상 변화에 따른 경향이 일치하였다. 따라서 작동유체로 냉매를 사용할 경우 Du et dJF이 제시한 슈퍼슬릿휜보다 공기측 압력강하는 유리한 것으로 나타났다.
(1) 증발기의 설계조건에서 냉매의 질량유속 150~250 kg/m2s, 공기의 상대습도 50%에서 공기측 압력강하와 f- factor값은 40%보다 각각 평균 20.8, 10.5% 작았으며 , f- factor값은 공기유속이 작을수록 공기의 상대습도 영향이 크게 나타났다.
(2) 증발기의 설계조건에서 습표면의 공기측 압력강하는 건표면보다 상대적으로 크며, 공기유속이 작을수록 상대습도의 영향은 큰 것드로 나티났다. 또한, 싱대습도 50% 에서의 공기측 압력강하는 동일한 출구 과열도 5℃를 유지하기 위한 공기유속이 상대습도 40%보다 감소하여 작게 나타났다.
영향은 큰 것드로 나티났다. 또한, 싱대습도 50% 에서의 공기측 압력강하는 동일한 출구 과열도 5℃를 유지하기 위한 공기유속이 상대습도 40%보다 감소하여 작게 나타났다.
(3) 증발기와 응축기의 설계조건에서 구한 f-factor값은 물을 이용하여 산출한 f-factor값과 휜의 표면상태 (건 · 습표면) 및 형상(평판휜, 슬릿휜, 슈퍼슬릿휜)에 따른 특성 경향이 일치하였다.
(4) 실제적인 성능판단이 가능한 증발기와 응축기 설계조건에서 공기측 압력강하를 산출하는 것이 바람직하다.
공기측 압력강하는 모든 냉매의 질량유속 범위에서 공기 유속이 증가할수록 단조 증가하였으며, 냉매의 질량 유속과 공기유속이 클수록 변화폭이 상승하였다. 특히 냉매의 질량유속 250kg/m2s의 경우 입려강하는 150, 200 kg/m2s보다 각각 평균 4.2, 1.9% 증가하였다. 이는 냉매의 질량유속이 클수록 2상유동영역이 증가하여 공기와의 열전달이 향상되기 때문이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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