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문제 정의
- 기존 환기장치에 대한 전산해석 결과, 열교환이 이루어지는 영역에서의 유동의 흐름이 상부부위에 집중되어 열교환 효율이 떨어졌으며 열교환 후의 공기의 흐름 역시 속도 및 압력강하 측면에서 문제점을 안고 있는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 기존 환기장치의 설계 변경/보완과 이에 대한 전산해석을 통하여 열교환 성능을 개선하고자 하였다. 급배기 팬을 통하여 외부로부터 유입되는 유체가 열교환기로 균일하게 유입되도록 제어하기 위하여 입구부위에 가이드베인과 다양한 직경과 홀을 가지는 다공판의 설치를 검토하였다.
- 본 논문에서는 기존 환기장치의 문제점 해결을 위하여 입구부위와 출구부위에 대하여 다음과 같은 설계변경/보완 및 전산해석을 수행하였다. 먼저 기존 환기장치의 유동해석 결과를 바탕으로 유동 및 속도분포를 개선하기 위한 설계 변경/보완 후보군을 도출하였다.
- 열교환기를 거쳐 열교환이 이루어진 작동유체는 팬을 통해 빠르게 외부로 배출되어야 한다. 본 논문에서는 열교환 효율 개선을 위한 입구부위의 유동흐름 제어와 더불어 작동유체를 신속하게 외부로 배출하기 위하여 출구부의 형상 변화 및 이에 대한 전산해석을 수행하였다.
- 1과 같은 형상을 가지며 150 CMH (450 × 475 × 280 mm) 용량으로 중앙에 열교환을 위한 소재가 위치되며 실내 급기와 실외 배기를 위한 급/배기 팬을 가지고 있다. 본 논문에서는 전산해석을 통하여 기존 환기장치의 유동 흐름의 문제점을 파악한 후 문제점의 개선을 위한 방안을 제시하고 이에 대한 전산해석을 수행함으로써 환기장치의 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 설계 대안을 제시하고자 한다.
- 본 논문에서는 폐열회수 열교환 환기장치 내의 유동의 흐름을 개선함으로써 열교환 효율을 향상 시키기 위한 전산해석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 폐열회수 열교환 환기장치의 열교환 효율 증대를 위하여 환기장치 내부의 유동흐름을 개선하기 위한 전산해석 방법과 그 결과를 제시하였다.
- 열교환기의 열전달 성능은 환기장치를 통해 내부로 유입되는 작동 유체의 유속과 분포에 영향을 받는다. 본 연구에서는 환기장치 기본형상에 대한 전산해석을 통해 급배기 팬에 의해 환기장치로 유입/배출되는 공기의 유동 흐름과 유속, 유동의 분포 등을 파악하였다.
가설 설정
- 다공성 매질로 가정한 열교환기의 효율은 열교환기로 유입되는 기체 속도와 압력손실에 의해 결정된다. Table 1은 선행 연구로 진행된 핀형 열교환기에서의 속도와 압력강하를 수치적으로 계산하였으며, 본 결과를 만족하는 근사식 (4)를 유도하였다.
- 전산해석에서 사용된 유동에 대한 지배방정식은 질량보존 방정식과 운동방정식 및 에너지방정식이 적용되었다. 본 연구에서 다루는 유동은 최대 Mach 수가 0.3을 초과하지 않으므로, 비압축성 유체로 가정하였다. 내부 유동장의 수치해를 얻기 위해 표준 standard 난류 모델을 적용하였다.
- 열교환 소재가 설치되어 열교환이 이루어지는 영역은 2.2항에서 정의된 다공성 매질로 가정하여 해석을 수행하였다. 그림에서 알 수 있듯이 정상상태에 도달한 후의 유동의 흐름은 매우 균일 한 것을 알 수 있으며, 입구의 속도는 1.
- 또한 열교환기를 거친 후의 기체의 내부체류를 최소화하고 외부로의 빠른 배출을 위하여 출구부위에 덕트와 가이드 베인의 설치를 고려하였다. 열교환 소재가 설치되어 열교환이 이루어지는 영역은 다공성 매질로 가정하여 전산해석을 수행하였다.
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