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문제 정의
- 4) 열 접촉저항이 전열성능에 미치는 영향을 확인해 보았다. 그 결과 열 접촉저항이 있을 경우 전체적으로 전열량 손실이 발생하고, 공기유속이 빨라짐에 따라 그 크기가 증가함을 확인할 수 있었다.
- 수치해석의 신뢰성 검증 및 열 접촉저항 예측이 완료되면 열 접촉저항을 적용했을 때와 하지 않았을 때 각각에 대하여 핀 피치를 변화시켜가며 수치해석을 수행한다. 그리고 이 결과들을 이용해 열 접촉저항이 전열성능에 미치는 영향을 확인해 본다. 이때 사용된 열교환기 모델은 여섯 가지로 핀 피치를 제외한 모든 제원은 Table 1과 같다.
- 열 접촉저항 예측의 타당성을 확인하기 위해서는 실험결과와 수치해석 결과의 신뢰성 검증이 선행 되어야 한다. 따라서 이 연구에서는 핀-관형 열교환기의 열 접촉저항을 예측하기에 앞서 관형 열교환기를 이용해 실험 결과와 수치해석 결과를 비교해 보았다.
- 이 연구에서는 관형 열교환기를 이용해 실험과 수치해석의 신뢰성을 검증하였다. 그리고 핀-관형 열교환기를 이용해 실험과 수치해석을 비교함으로써 열 접촉저항을 예측하였다.
- 이 연구에서는 열 접촉저항을 예측하기 위해 핀-관형 열교환기 모델의 접촉 경계면에서 열 접촉저항의 크기를 변화 시켜가며 수치해석을 수행하였다. 그 결과 Fig.
- 하지만 기존의 수치해석을 이용한 열교환기 연구[1-4]는 대부분 공기측 대류 열저항에 집중되어 있으며 열 접촉저항을 고려한 예는 없었다. 이 연구에서는 열 접촉저항이 열교환기의 전열성능에 미치는 영향을 확인하기 위하여 핀과 관 결합부의 열 접촉저항을 예측해 보았다. 열 접촉저항은 실험과 수치해석을 정량적으로 비교하여 구하였고, 열화상카메라(TH9100ML, NEC)를 이용해 실제 열교환기 샘플의 표면 온도분포를 측정한 후 정성적으로 비교함으로써 결과의 신뢰성을 높였다.
- 이 연구의 목적은 열 접촉저항이 열교환기의 전열성능에 미치는 영향을 확인하여 새로운 응축기 개발에 필요한 기초자료를 얻는데 있으며, 전체 해석에는 CFD 상용 코드인 ‘STAR-CCM+’를 사용하였다.
- 그 결과 4~11%정도의 상대오차를 보였지만, 정성적인 측면에서는 경향성이 잘 일치함을 확인하였다. 이로서 수치해석결과의 신뢰성을 확보하였다.
가설 설정
- 5) 실험 결과와 수치해석 결과에 차이가 있다면 열 접촉저항이 존재한다는 가정 하에 그 크기를 변화시켜가며 수치해석을 수행하고, 이를 열 접촉저항이 있는 핀-관형 열교환기 샘플의 실험결과에 일치 시킨다.
- 전열량(heat transfer)은 일반적으로 공기측 전열량과 물측 전열량의 평균값을 사용하지만, 공기측 출구 온도를 구하기 어려우므로 이 연구에서는 물측 전열량만을 이용한다. 이때 복사에 의한 열전달 및 기타 부위에서의 열손실은 무시하며, 공기측에서 얻은 전열량과 물측에서 잃은 전열량이 같다고 가정한다. 따라서 전열량은 식 (3)과 같이 정의된다.
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