[논문]광폭 루버 핀이 장착된 핀-관 열교환기의 공기측 전열 성능에 관한 실험적 연구

김내현

doi:10.6110/kjacr.2015.27.5.254

광폭 루버 핀이 장착된 핀-관 열교환기의 공기측 전열 성능에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Airside Performance of Fin-and-Tube Heat Exchangers Having Wide Louver Fin 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.27 no.5, 2015년, pp.254 - 262

Abstract ▼ AI-Helper

Heat transfer rate can be increased by increasing the heat transfer area. In this study, wide louver fin-and-tube heat exchangers with $P_t/P_l=1.03$ were tested and compared with louver fin-and-tube heat exchanger with $P_t/P_l=0.6$. Results show that heat transfer capacities of wide louver samples are larger (9.8% at one row, 13.6% at two row and 4.1% at three row) than those of conventional louver samples. Considering the area ratio of 1.78, the increase of heat transfer capacity is rather small, possibly due to the smaller heat transfer coefficient and fin efficiency of the wide louver sample. The j factor of the louver fin was 67% larger at one row, 42% larger at two row and 52% larger at three row. The f factor of the louver fin was 81% larger at one row, 63% larger at two row and 60% larger at three row. The effect of fin pitch on j and f factors are not pronounced and the j factor decreased as the number of tube row increased.

주제어

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가설 설정

(3) 핀 핏치가 j와 f 인자에 미치는 영향이 크지 않다.

제안 방법

Wang et al.⁽³⁾은 12.7 mm 관경에 루버 핏치 2.4 mm, 루버각 36^o인 루버가 5개 가공된(전체 핀 면적 중 루버 면적 0.59) 루버 핀-관 열교환기에 대해 핀 핏치와 튜브 열수가 전열성능에 미치는 영향을 실험을 통하여 검토하였다. 핀 핏치가 j와 f 인자에 미치는 영향은 무시할 만하였다.
Wang et al.⁽⁴⁾은 Table 1에 정리된 6종류의 루버 핀 열교환기에 대하여 실험을 수행하고 실험 결과를 사용하여 j와 f 인자 상관식을 개발하였다. Hsieh and Jang⁽⁵⁾은 수치해석을 통하여 Table 1에 나타난 여러 변수가 j와 f 인자에 미치는 영향을 검토하였다.
8에 본 실험결과를 Wang et al.⁽⁴⁾의 상관식과 비교하였다. 광폭 루버 핀의 경우 j 인자는 과대예측(RMS 오차 0.
Carija et al.⁽⁶⁾도 수치해석을 통하여 루버각과 루버 개수가 j와 f 인자에 미치는 영향을 검토하였다. 루버각과 루버 개수가 증가할수록 j와 f 인자도 증가하였다.
공기측 풍량은 흡입식 풍동 후방에 장착된 노즐을 사용 하여 측정하였고(11) 시료의 압력손실은 정밀도 ±1.0 Pa 의 차압 트랜스듀서로 측정하였다.
물의 온도는 정밀도±0.1℃의 정밀 RTD(Pt-100 Ω 센서)로써 측정하였고, 유량은 정밀도 ±0.0015 L/s의 질량유량계로 측정하였다.
즉, P_l을 증가시키면 열전달계수와 핀효율은 감소하고 전열면적은 증가하게 된다. 본 연구에서는 P_l/P_t = 1.03인 광폭 루버 핀에 대해 실험을 수행하고 그 결과를 일반적으로 널리 사용되는 루버핀(P_l/P_t = 0.6)과 비교하였다. P_l/P_t의 비 1.
본 연구에서는 세로와 가로 방향 튜브 핏치의 비 (P_t/P_l)가 1.03인 광폭 루버 핀의 j와 f 인자를 실험을 통하여 구하고 P_t/P_l = 0.6인 일반 루버 핀과 비교하였다. 주된 결론은 다음과 같다.

대상 데이터

2에는 광폭 루버 핀과 일반 루버 핀의 사진과 상세 제원을 나타내었다. 광폭 루버 핀의 시료의 높이와 폭은 234 mm와 400 mm이고 세로 방향 튜브 핏치(P_t)는 21.0 mm, 가로 방향 튜브 핏치(P_l)는 21.65 mm, 튜브 직경(D_c)은 7.94 mm, 핀 두께(t_f)는 0.11 mm이다. 핀에는 중앙의 방향 전환 루버를 포함하여 총 22개의 루버가 가공되었는데 루버 핏치(L_p)는 0.
본 연구에서는 광폭 루버 핀 시료 6개와 일반 루버핀 시료 9개 총 12개의 시료에 대하여 습표면 실험을 수행하였다. Table 2에 시료의 제원을, Fig.
5 mm, 튜브 열수 1～3열로 구성된다. 시료에 사용된 튜브는 마이크로 핀 관으로 높이 0.12 mm, 선회각 25^o인 마이크로 핀 60개가 관 내측에 가공되어 있다. 튜브 측 회로는 직교대 향류로 구성되어 있다.
광폭 루버핀은 전열성능을 더욱 향상시키기 위하여 웨이브 형상으로 절곡되어 있다(절곡각 38^o). 일반 루버 핀의 시료의 높이와 폭은 234 mm와 400 mm이고 세로 방향 튜브 핏 치(P_t)는 21.0 mm, 가로 방향 튜브 핏치(P_l)는 12.7 mm, 튜브 직경(D_c)은 7.03 mm, 핀 두께(t_f)는 0.11 mm이다. 핀에는 총 9개의 루버가 가공되었는데 루버 핏치(L_p)는 1.

이론/모형

5 m/s사이에서 변화시키며 수행 되었는데 공기측과 물측 열평형은 ±3% 내에서 일치하였다. ASHRAE 규격 41.5⁽¹²⁾에 따라 실험오차 해석을 수행하였고 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 마찰인자의 오차는 주로 차압계(±1.
시료 후방에는 배플이 설치되어 배출공기를 혼합시켜 준다. 시료의 입출구 온습도는 ASHRAE 규격 41.1에 따라 측정하였다.⁽¹⁰⁾ 시료의 내측으로는 물이 순환하는데 항온조로부터 일정온도와 유량을 공급받았다.
는 핀의 면적이다. 핀 효율은 Schmidt⁽¹⁵⁾가 제안한 식을 사용하여 구한다.

성능/효과

(1) 동일 압력손실에서 광폭 루버 핀의 전열성능이 일반루버 핀 보다 1열에서 평균 9.8%, 2열에서 평균 13.6%, 3열에서 평균 4.1% 큼을 보여준다. 이 증가량은 핀면적의 증가량(1.
(2) 일반 루버 핀의 j 인자는 광폭 루버 핀의 값들 보다 1열에서 평균 67%, 2열에서 42%, 3열에서 52% 크게 나타났다. f 인자는 1열에서 평균 81%, 2열에서 63%, 3열에서 60% 크게 나타났다.
(4) 튜브 열수가 증가할수록 j 인자는 감소하였다.
6은 일반 루버 핀의 j와 f 인자가 광폭 루버 핀의 값들보다 큼을 보여준다. 1열의 경우 j 인자와 f 인자는 평균 67%, 81% 크고, 2열에서는 42%, 63%, 3열에서는 52%, 60% 크게 나타났다. 이는 전술하다시피 광폭 루버 핀의 핀 면적이 루버 핀보다 1.
5 mm에서 튜브 열수가 j와 f 인자에 미치는 영향을 나타내었다. 광폭 루버와 일반 루버 모두에서 열수가 증가할수록 j 인자는 감소하였다. 이는 핀-관 열교환기의 일반적 경향으로 열수가 증가할 수록 경계층의 두께가 증가하기 때문이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	핀-관 열교환기의 장점은?	핀-관 열교환기는 구조가 간단하고 제작이 용이하여 가정용 및 산업용 공조기의 증발기 또는 응축기로 널리 사용된다. 이 경우 관 내로는 냉매가 흐르고 관 외측의 핀 사이로는 공기가 흐르는데 대부분의 열저항은 공기 측에 있게 된다.
	핀-관 열교환기의 사용 용도는?	핀-관 열교환기는 구조가 간단하고 제작이 용이하여 가정용 및 산업용 공조기의 증발기 또는 응축기로 널리 사용된다. 이 경우 관 내로는 냉매가 흐르고 관 외측의 핀 사이로는 공기가 흐르는데 대부분의 열저항은 공기 측에 있게 된다.
	핀-관 열교환기의 열저항은 어느 측에 있는가?	핀-관 열교환기는 구조가 간단하고 제작이 용이하여 가정용 및 산업용 공조기의 증발기 또는 응축기로 널리 사용된다. 이 경우 관 내로는 냉매가 흐르고 관 외측의 핀 사이로는 공기가 흐르는데 대부분의 열저항은 공기 측에 있게 된다. 그간 공기 측 성능을 향상시키기 위하여 많은 노력이 있었고 그 결과 웨이브 핀, 슬릿핀, 루버 핀, 컨벡스 루버 핀등 고성능 핀이 개발되었다(1, 2).

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Kim, N.-H., Sin, T.-R., and Lee, E.-R., 2005, Comparison of heat transfer and pressure drop characteristics of heat exchangers having plain fins under dry and wet condition, Int. J. Air-Cond, Ref., Vol. 13, No. 3, pp. 128-137.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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