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문제 정의
- 본 논문의 목적은 다기능 도우 컨디셔너의 열전달 해석에 있다. 도우 컨디셔너는 제과제빵의 원료인 생지(dough)를 숙성시키는 중요한 기계로서 사용량이 증가하고 있다.
제안 방법
- Table 2는 해석조건으로서 주변 공기의 대류조건으로 22°C의 온도를 설정하였고, 열판에 90°C의 온도를 가하고 60분 동안 5분 간격으로 열전달 해석을 수행하였다.
- Table 5는 해석조건으로서 주변 공기의 대류조건으로 22°C 의 온도를 설정하였고, 냉각코일에 -10°C의 온도를 가하고 60분 동안 5분 간격으로 열전달 해석을 수행하였다.
- 다기능 도우 컨디셔너의 열전달 해석은 3차원 유한요소해석 코드인 ANSYS를 활용하였으며 다기능 도우 컨디셔너 내부에서 시간에 따라 변하는 온도분포와 열유속을 구하였다. 해석조건은 가열상태와 냉각상태 2가지 방식으로 구분하였다.
- 모델링은 원활한 해석을 위하여 간략화 시키고 불필요한 부분은 제거하였으며 하나의 모델에 상부와 하부 2개의 칸이 있고 같은 기계를 적재하여 총 6∼8개 까지 사용할 수 있으나 모두 같은 작동을 하므로 상부와 하부 둘 중에 한 부분만 모델링하였다.
- 상부 열판에 90°C 의 열이 발생하는 경우와 하부 냉각 코일이 -10°C 로 냉각 할 경우로 나누어 해석하였고 시간은 총 60분을 5분 간격으로 나누어 온도분포와 열유속의 변화과정을 결과로 얻었다.
- 새로운 기능의 다기능 도우 컨디셔너를 제작하기 위하여 자동 설계프로그램인 Solidworks[1]를 활용하여 설계하였으며 이를 근거로 3차원 유한요소 해석코드인 ANSYS[2-3]를 활용하여 열전달 해석[4-6]을 수행하였다. 해석결과로서 다기능 도우 컨디셔너의 내부온도와 열유속(heat flux)을 구하였으며 이 결과는 다기능 도우 컨디셔너의 제작에 활용되었다.
- 다기능 도우 컨디셔너의 열전달 해석은 3차원 유한요소해석 코드인 ANSYS를 활용하였으며 다기능 도우 컨디셔너 내부에서 시간에 따라 변하는 온도분포와 열유속을 구하였다. 해석조건은 가열상태와 냉각상태 2가지 방식으로 구분하였다. 상부 열판에 90°C 의 열이 발생하는 경우와 하부 냉각 코일이 -10°C 로 냉각 할 경우로 나누어 해석하였고 시간은 총 60분을 5분 간격으로 나누어 온도분포와 열유속의 변화과정을 결과로 얻었다.
대상 데이터
- 개발대상인 다기능 도우 컨디셔너는 신기술 제품으로 선진국에서 개발되지 못한 제품이다. 기존제품은 해동과 발효기능으로 한정된 기능과 프로그램을 갖고 있으나 개발품은 급속냉동고, 숙성고, 발효기, 도우 컨디셔너의 성능을 갖고 자가진단기능을 갖춘 장비로 설치 시 좁은 공간의 활용도가 높고 장비의 구입가격 절감, 인력 감축 등 혁신적인 제품으로 평가할 수 있다.
- 상부 열판에 90°C 의 열이 발생하는 경우와 하부 냉각 코일이 -10°C 로 냉각 할 경우로 나누어 해석하였고 시간은 총 60분을 5분 간격으로 나누어 온도분포와 열유속의 변화과정을 결과로 얻었다. 본 해석에 사용된 재질은 Stainless Steel 로서 물성치[7]는 Table 1과 같다.
데이터처리
- 다기능 도우 컨디셔너의 열전달 해석을 위하여 SolidWorks를 활용하여 모델링 하였고, 3차원 유한요소해석코드인 ANSYS를 활용하여 수행하였으며 그 결과는 다음과 같다.
- 새로운 기능의 다기능 도우 컨디셔너를 제작하기 위하여 자동 설계프로그램인 Solidworks[1]를 활용하여 설계하였으며 이를 근거로 3차원 유한요소 해석코드인 ANSYS[2-3]를 활용하여 열전달 해석[4-6]을 수행하였다. 해석결과로서 다기능 도우 컨디셔너의 내부온도와 열유속(heat flux)을 구하였으며 이 결과는 다기능 도우 컨디셔너의 제작에 활용되었다.
이론/모형
- 제과제빵기계인 다기능 도우 컨디셔너는 SolidWorks를 사용하여 모델링하였다. 모델링은 원활한 해석을 위하여 간략화 시키고 불필요한 부분은 제거하였으며 하나의 모델에 상부와 하부 2개의 칸이 있고 같은 기계를 적재하여 총 6∼8개 까지 사용할 수 있으나 모두 같은 작동을 하므로 상부와 하부 둘 중에 한 부분만 모델링하였다.
성능/효과
- (1) 상부 열판에 90°C 의 열이 작용하는 가열상태 해석의 경우 온도분포가 열판을 중심으로 퍼져 나가는 결과를 알 수 있었다. 열유속도 열판 주변에서 높게 나타났다.
- (2) 하부 냉각코일이 -10°C로 냉각되는 냉각상태 해석의 경우 냉각 코일을 중심으로 코일 주위에는 낮은 온도가 분포하였고 멀어 질수록 온도가 높게 분포하였다. 열유속도 냉각 코일 주위에서 높게 분포했다.
- (3) 90°C 와 -10°C의 온도가 작용하는 두 가지 경우 모두에서 온도분포와 열유속이 일정 시간이 지난 후에는 정상상태에 도달하였다.
- 결과 값을 보면 온도분포는 냉각코일을 중심으로 주변으로 퍼져나가는 것을 알 수 있고 시간이 지남에 따라 최대온도 지점의 온도가 조금씩 떨어졌다. 시간의 변화에 따라서 온도가 일정 온도 이하로 떨어지지만 1800sec 후에는 일정하게 유지되는 정상상태에 도달하였다.
- 결과 값을 보면 온도분포는 열원인 열판을 중심으로 주변으로 퍼져나가는 것을 알 수 있고 시간이 지남에 따라 최소온도 지점의 온도가 조금씩 상승하는 것을 확인할 수 있다. 시간의 변화에 따라서 온도가 점차 상승하지만 1800sec 후에는 온도가 일정하게 유지되는 정상상태에 도달하였다.
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