[논문]라디에이터 팬의 재질에 따른 열 내구성 해석

한문식; 조재웅

doi:10.7735/ksmte.2013.22.5.789

라디에이터 팬의 재질에 따른 열 내구성 해석
Thermal Durability Analysis Due to Material of Radiator Fan 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.22 no.5, 2013년, pp.789 - 794

한문식 (Department of Mechanical and Automotive Engineering, Keimyung University) , 조재웅 (Department of Mechanical and Automotive Engineering, Kongju National University)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the temperature, heat emission per unit time, and thermal stress or deformation of a radiator fan made of polyethylene or aluminum are analyzed for investigating its strength durability. Heat transfer in the case of the aluminum radiator fan is better than that in the case of the polyethylene radiator fan. Further, heat emission in the case of the aluminum fan is poorer than that in the case of the polyethylene fan. Moreover, because the thermal deformation of aluminum is much smaller than that of polyethylene, the thermal durability of the aluminum fan is better than that of the polyethylene fan. In an open space in front of the radiator and the closed space of the engine behind it, the thermal cooling effect of the polyethylene fan is better than that of the aluminum fan. Further, since polyethylene is lighter in weight than aluminum, polyethylene, as a nonmetallic plastic, is more suitable as a material of an automotive radiator. However, because of the higher strength durability of the aluminum fan, it is better than the polyethylene fan under high-temperature conditions or in the case of a complex pipe.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 연구에서는 실제적인 설정 조건을 설정하여 라디에이터 팬의 열방출, 열변화 및 열응력을 해석하였다^[7-9]. 본 연구의 결과를 종합하여 라디에이터 팬의 설계에 응용한다면 열에 의한 강도 내구성 및 파손 방지를 검토, 예측하는데 용이할 것으로 사료된다.

제안 방법

다음으로는 실제와 같이 Fig. 8처럼 마운팅 되는 부분에 Fixed Support를 설정하여 1,800초인 최종 시간에 있어서의 열에 의한 변형량과 열응력 분포를 해석하였다.
따라서 열전달계수를 통하여 라디에이터 핀으로부터 나오는 방출열이 라디에이터 팬에 어떤 식으로 전달이 되는가를 해석할 수 있다. 본 시뮬레이션 해석에 사용된 라디에이터 팬 모델은 실제 라디에이터 팬의 크기와 같이 모델링을 하였고 ANSYS를 이용하여 해석을 하였다^[10].
본 연구에서는 폴리에틸렌과 알루미늄 두 가지의 재질을 가지고 라디에이터 팬이 받는 온도와 시간당 열 방출선도, 열에 의한 응력 및 변형량을 해석하여 강도 내구성을 고찰하였다.

대상 데이터

℃이다. 그 반대쪽 라디에이터의 커버 외부도 역시 공기와 접촉하고 있으며 대류 조건으로 날개의 표면 온도로 40℃를 설정하고 대류 열전달계수는 5 W/m²℃이다.
열을 받는 날개부분은 공기와 접촉하고 있으며 대류 조건으로 날개의 표면 온도로 80℃를 설정하고 대류 열전달계수가 5 W/m²℃이다. 그 반대쪽 라디에이터의 커버 외부도 역시 공기와 접촉하고 있으며 대류 조건으로 날개의 표면 온도로 40℃를 설정하고 대류 열전달계수는 5 W/m²℃이다.

이론/모형

본 연구에서 적용되는 지배 방정식은 뉴턴의 냉각법칙 (1)을 사용하였다.

성능/효과

결과적으로는 차량용 라디에이터에서는 알루미늄보다 무게가 가벼운 폴리에틸렌같은 비금속 플라스틱류 재질이 적합하다고 할 수 있다. 그러나 상당히 고온을 받아야 하는 상황이거나, 복잡한 관으로 된 경우는 알루미늄 팬 또한 폴리 에틸렌 팬에 비하여 강도 내구성에서 양호한 면이 있다.
따라서 차량용 라디에이터에서는 알루미늄보다 무게가 가벼운 폴리에틸렌같은 비금속 플라스틱류 재질이 적합하다고 할 수 있다.
알루미늄이 폴리에틸렌에 비해서 열을 더 잘 전달 받고, 덜 방출을 했으나, 알루미늄은 폴리에틸렌에 비하여 열에 의한 변형이 상당히 적어 열내구성의 측면으로는 알루미늄이 더 양호하였으며, 열린 공간으로서의 앞에는 라디에이터와 뒤에는 엔진이라는 폐쇄적인 공간에서의 열 냉각력은 폴리에틸렌이 알루미늄보다 양호하였다.

후속연구

. 본 연구의 결과를 종합하여 라디에이터 팬의 설계에 응용한다면 열에 의한 강도 내구성 및 파손 방지를 검토, 예측하는데 용이할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동차의 냉각장치란?	자동차의 냉각장치는 내연기관의 연소효율에 맞춰 최적의 엔진온도를 맞추기 위하여 설치된 장치로써 엔진의 온도가 너무 높으면 가솔린 기관의 경우 정확한 점화 타이밍에 연소가 되는 것이 아니라 엔진의 높은 온도로 인하여 의도하지 않은 타이밍에 점화가 되어 기관의 효율을 떨어뜨리게 되며 또한 연소 온도가 과하게 높을 시에는 질소산화물 NOx가 증가하게 되어 배기가스가 많아지게 된다[1]. 이는 최근 환경규제에 어긋난 범위이며 이에따라 엔진의 온도가 너무 높아서는 안된다.
	엔진의 온도가 너무 높으면 배기가스가 많아지는 이유는?	자동차의 냉각장치는 내연기관의 연소효율에 맞춰 최적의 엔진온도를 맞추기 위하여 설치된 장치로써 엔진의 온도가 너무 높으면 가솔린 기관의 경우 정확한 점화 타이밍에 연소가 되는 것이 아니라 엔진의 높은 온도로 인하여 의도하지 않은 타이밍에 점화가 되어 기관의 효율을 떨어뜨리게 되며 또한 연소 온도가 과하게 높을 시에는 질소산화물 NOx가 증가하게 되어 배기가스가 많아지게 된다[1]. 이는 최근 환경규제에 어긋난 범위이며 이에따라 엔진의 온도가 너무 높아서는 안된다.
	차량용 라디에이터에서는 알루미늄보다 무게가 가벼운 폴리에틸렌같은 비금속 플라스틱류 재질이 적합하다고 보는 이유는?	알루미늄이 폴리에틸렌에 비해서 열을 더 잘 전달 받고, 덜 방출을 했으나, 알루미늄은 폴리에틸렌에 비하여 열에 의한 변형이 상당히 적어 열내구성의 측면으로는 알루미늄이 더 양호하였으며, 열린 공간으로서의 앞에는 라디에이터와 뒤에는 엔진이라는 폐쇄적인 공간에서의 열 냉각력은 폴리에틸렌이 알루미늄보다 양호하였다.

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