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문제 정의
- 본 연구에서는 micro-gap 판형 열교환기 내 열 유동에 관한 수치해석을 수행하였으며, 특히 Re의 변화를 통해 유동관성에 따른 micro-gap 으로의 유동분배와 그에 따른 온도분포를 연구하였다.
- 본 연구에서는 micro-gap 판형 열교환기의 유동 분배에 대한 기초적인 연구를 수행하였다. 해석 결과 유동관성이 유동분배 및 온도분포에 큰 영향을 미치며, 따라서 열교환 성능의 최적화에 중요한 요소로 작용할 수 있을 것으로 생각된다.
- 본 연구에서는 유동관성의 영향에 따른 micro-gap 판형 열교환기 내부 유동분배에 대한 수치해석을 수행하였다. 열교환기의 유량을 변화시키며 내부 각 micro-gap 으로의 유동분배 및 온도분포를 해석하고, 또한 헤더 형상에 따른 유동분배 및 온도분포 변화를 확인하였다.
- 22)를 헤더 내부에 도입한 경우이며, 주 채널로부터 주입되는 유동의 관성을 분산시키기 위해 도입하였다. 세 가지 경우에 대해 micro-gap 유동분배와 온도분포를 비교하고자 한다.
- 5 부터 366 까지 변화하였으며, 이 때 해석 결과로부터 Nu 과 f 를 계산하였다. 앞에서 설명하였듯이 표면 거칠기의 영향을 고려하지 않은 해석이므로 일반적으로 알려진 완전 발달된 층류 유동의 Nu 과 f 의 이론값과 비교하여 수치해석의 신뢰성을 확인하고자 하였다. Fig.
- 한편 micro-gap 내부 유동은 완전 발달된 영역의 경우 층류이지만, 입구 주위에서는 헤더 내 유동의 영향을 받는다. 이와 같은 난류와 입구 영향을 고려하기 위해 본 연구에서는 난류 유동의 지배방정식을 이용하여 해석을 수행하였다. 유체는 비압축성으로 가정하였다.
가설 설정
- 본 연구에서 고려된 micro-gap 판형 열교환기의 단면 형상은 Fig. 1 과 같으며, 도면의 수직방향으로 균일한 형상을 가진다고 가정하여 Fig. 1 의 2 차원 공간에 대한 수치해석을 수행하였다. 또한 대칭 조건을 적용하여 열교환기 전체의 절반만을 계산영역으로 하였다.
- 이와 같은 난류와 입구 영향을 고려하기 위해 본 연구에서는 난류 유동의 지배방정식을 이용하여 해석을 수행하였다. 유체는 비압축성으로 가정하였다. 정상상태 유동으로 가정하여, 질량, 운동량, 에너지 보존 방정식은 다음과 같다.
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