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다양한 디퓨저 형상의 유량 분배 특성에 관한 수치해석 연구
Numerical Analysis of Flow Rate Distribution of Diffusers with Various Shapes 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.38 no.9 = no.348, 2014년, pp.789 - 795  

김명수 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원 에너지시스템공학과) ,  김후배 (서울과학기술대학교 산업대학원 기계공학과) ,  최형권 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과)

초록
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본 연구에서는 개방형 축열시스템에 설치되는 다양한 형상을 가진 디퓨저의 유량 분배 특성을 수치해석 하였다. 작동유체가 분기배관의 양 방향으로 나뉘어져 있는 구멍들을 통하여 균등하게 분배되도록 4가지 형상의 디퓨저를 설계하였다. 상용 해석 프로그램인 ANSYS-FLUENT을 사용하여 비압축성 유체의 3차원 정상 층류 유동으로 시뮬레이션을 수행하였다. 한 방향 또는 양 방향으로 분배되는 디퓨저는 유량이 일정하게 분배되지 않는 반면에 양 방향 헤더 형식과 H형 대칭구조의 디퓨저는 균등한 분배 특성을 보였다. 한편, H형 대칭구조의 디퓨저는 양 방향 헤더 형식 디퓨저보다 높은 펌프 양정을 필요로 하므로 유량분배도 일정하고 펌프 양정도 낮은 양 방향 헤더 형식 디퓨저가 최적임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the distribution characteristics of diffusers with various shapes that are installed in an open-type thermal storage system are numerically investigated. Four diffusers are designed to distribute a working fluid evenly through the holes on bifurcated pipes. Three-dimensional steady si...

주제어

#개방형 축열시스템   #분배기 형상   #분배 특성   #펌프양정  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 디퓨저 내부의 3차원적인 유동 특성과 재순환 유동의 존재로 인한 출구포트에서 mass-flow값에 따른 유량 분배율과 압력분포를 통해 유량분배 성능을 비교하고자 한다. 4가지 형상의 배관구성을 가진 디퓨저 중에서 가장 원활한 균등흐름을 보장하는 디퓨저의 형상에 대해서 연구하고자 하며, 한편 본 연구의 수치해석에서 Fr 수와 관련된 사항은 고려하지 않았다.
  • 본 연구에서는 디퓨저 내부의 3차원적인 유동 특성과 재순환 유동의 존재로 인한 출구포트에서 mass-flow값에 따른 유량 분배율과 압력분포를 통해 유량분배 성능을 비교하고자 한다. 4가지 형상의 배관구성을 가진 디퓨저 중에서 가장 원활한 균등흐름을 보장하는 디퓨저의 형상에 대해서 연구하고자 하며, 한편 본 연구의 수치해석에서 Fr 수와 관련된 사항은 고려하지 않았다.
  • 본 연구에서는 축열시스템에 적용된 4가지 형상의 배관구성을 가진 디퓨저에서 유량분배에 대한 문제를 수치해석 하였다. 입구 유속 조건과 출구 측 압력조건을 경계조건으로 하여 층류 유동으로 가정하고 해석한 결과 다음의 결론들을 도출하였다.

가설 설정

  • 파이프 입구에서의 유입 유량과 Hole을 통해 유출되는 유량은 동일하므로 연속방정식을 적용하였다. 뉴턴유체, 정상유동, 비압축성 유동으로 가정하여 운동량 방정식을 적용하였고, 점성소산 및 열전달은 고려하지 않기 때문에 에너지 방정식은 적용하지 않았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
축열조의 효율적인 이용을 위해 무엇이 없어야 하는가? 축열시스템에서 시스템 효율을 결정하는 주요 요인은 축열조의 효율적인 이용이다. 특히 캡슐형 빙축열시스템의 경우 축열 시 얼음의 밀도 차에 의한 축열조 내 사(死) 공간이 없어야 한다. 이를 위한 핵심기술 중 하나가 바로 축열조 상부에 있는 디퓨저의 유량분배이다.
대표적인 축열시스템은 무엇인가? 대표적인 축열시스템으로는 얼음의 잠열을 이용한 빙축열시스템과 물의 현열을 이용하는 수축열시스템이 있으며, 근래에는 지열 및 공랭식 히트펌프와 결합된 냉난방 겸용 축열시스템이 꾸준히 보급되고 있다.
축열시스템은 무엇을 이용하는가? 냉방수요에 의한 여름철 전력사용의 꾸준한 증가로 인한 전력수요관리의 방안으로 심야시간대 남는 잉여 에너지를 이용하는 축열시스템이 1990년대 이후부터 우리나라에 보급되어 왔다.
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참고문헌 (13)

  1. Kang, H. K., Kim, H. C. and Park, C. H., 2002, "Uniform Flow Technology for High Efficiency of Ice Storage System," Proceedings of the SAREK 2002 Summer Annual Conference, pp. 465-470. 

  2. Park, K. W., Choi, H. W., Roh, G. S. and Jeong, J. C., 2003, "Experimental Study on Transformation of IPF and Pressure Drop in Branches with Ice Slurry," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 27, No. 2, pp. 272-279. 

  3. Choi, H. W., Kim, K. M. and Park, K. W., 2002, "Experimental Study on Ice-slurry Flowing in Straight and Branch Tube," Proceedings of the SAREK 2002 Summer Annual Conference, pp. 364-368. 

  4. Lin, J.-Y., Shey, R.-J. and Fang, L.-J., 1987, "A Study of Thermal Stratification in Storage Tank with Charging," Journal of the Chinese Society of Mechanical Engineers. 

  5. Chung, J. D., Park, J. H. and Cho, S. H., 2004, "Effect of Diffuser Shape on the Performance of Water-Chilled Heat Storage," Journal of the Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea, Vol. 16, No. 4, pp. 374-383. 

  6. Jung, J. D., 2010, "Integral Approximate Solutions for Stratification Thermal Storage Tanks Considering Mixing Region," Proceedings of the SAREK 2010 Summer Annual Conference, pp. 43-48. 

  7. Jang, C. Y., Cho, S. H., Tae, C. S., Lee, C. K. and Kang, H. K., 2004, "Experimental Study on the Thermal Stratification of Chilled Water in the Rectangular Storage Tank," Proceedings of the SAREK 2004 Summer Annual Conference, pp. 519-523. 

  8. Jang, C. Y., Cho, S. and Choi, S. Y., 2008, "Study on Stratification according to Diffuser Shape of the Thermal Storage Tank in Integrated Energy," Proceedings of the KSES 2008 Spring Annual Conference, pp. 300-303 

  9. Lee, S. N., Lee, Y. S., Park, S. R., Yoon, H. K., Park, J. T., Chang, K. C. and Ra, H. S., 2001, "Effects on Stratification due to Diffuser Shape in a Thermal Storage Tank," Proceedings of the SAREK 2001 Winter Annual Conference, pp. 617-621. 

  10. Shin, M. S., Kim, H. S., Jang, D. S., Song, H. Y., Lee, Y. S. and Lee, S. N., 2002, "A Study for Optimum Design of Thermal Storage Tank," Proceedings of the KSCFE 2002 Summer Annual Conference, pp. 127-132 

  11. Lee, S. K., Moon, N. S. and Lee, J. K., 2010, "Study of Flow Characteristics of Exit Flow in Perforated Tube with Orifice Configuration," Proceedings of the KSME 2010 Fall Annual Conference, pp. 2925-2929. 

  12. Lee, H. G., Park, J. H., Choi, S. B. and Choi, S. G., 2013, "Study of Incompressible Fluid Flow in Pipe," Proceedings of the KSAE Comprehensive Sector Conference, pp. 880-883. 

  13. Lee, J. W. and Park, T. S., 2013, "Numerical Study on Turbulent Flows in a Distribution Manifold," Proceedings of the KSCFE 2013 Spring Annual Conference, pp. 336-342. 

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