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배플 구조변경이 Shell-Tube 열교환기의 열전달성능에 미치는 영향
Effects of Baffle Structure Variation on Heat Transfer Performance in a Shell-Tube Heat Exchanger 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.5, 2015년, pp.3014 - 3021  

후영영 (가천대학교 대학원 기계공학과) ,  조정권 (가천대학교 대학원 기계공학과) ,  윤준규 (가천대학교 기계공학과) ,  임종한 (가천대학교 기계공학과)

초록
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셀-튜브 열교환기는 다양한 크기와 유동형태로 쉽게 제작이 용이함으로 산업분야에 널리 이용된다. 본 연구에서는 열교환기의 열전달성능을 도모하고자 배플의 컷 방향, 배플의 경사각 및 배플의 회전각 등을 변경하여 ANSYS FLUENT v.14를 사용한 SST $k-{\omega}$ 난류모델을 적용하여 쉘 내부의 열전달률 및 압력강하 특성을 해석하였다. 그 해석결과로 배플의 컷 방향은 수평형 모델 A보다 수직형 모델 B 및 각도 $45^{\circ}$형 모델 C가 이 열전달성능이 향상되는 것으로 나타났다. 또한 배플의 경사각을 $10^{\circ}$로 적용한 경우와 배플의 회전각을 $0^{\circ}-90^{\circ}-180^{\circ}-270^{\circ}$로 배치한 모델 D의 경우가 열전달률 및 압력강하 특성이 우수한 결과를 나타냈다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Shell-tube heat exchanger is widely applied in industrial field by easily manufacturing as to various size and flow patterns. In this study, by changing baffle's cut direction, tilt angle and rotational angle as well as by using SST (Shear Stress Transport) $k-{\omega}$ turbulence model i...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 Oh 등[4]이 고찰한 쉘-튜브 열교환기의 열전달특성을 비교하기 위해 수치해석적으로 검증하였고, 배플의 컷 방향, 배플의 경사각 및 배플의 회전각 등의 다양한 구조를 변경하여 열전달 및 압력강하 특성에 미치는 영향을 고찰하였다.

가설 설정

  • 1 및 Table 1에 나타내었다. 여기서 쉘 및 배플의 표면은 유체의 유동형태에 영향을 받지 않도록 단열상태로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
쉘-튜브 열교환기의 배플의 경사각 및 배플의 회전각이 열전달 및 압력강하 특성에 어떠한 영향을 미치는가? (3) 배플의 경사각에 따른 열전달 및 압력강하의 특성은 경사각 10° 모델 B가 높은 열전달특성을 나타내며, 압력강하도 적절한 결과를 보였다. (4) 배플 회전각의 배치에 따른 열전달 및 압력강하의 특성은 전체적으로 입구측에서 배플로 넘어갈 때 유체의 전열효과와 재순환영역을 잘 보여준 0°-90°-180°-270°로 배치한 모델 D가 가장 양호하게 나타내었다.
열교환기는 어떠한 종류가 있는가? 열교환기는 발전소, 석유화학공장, 선박 등 산업공정 전 분야에 광범위하게 사용되고 있으며. 이 열교환기의 종류로는 전열면의 형상과 배열, 재료와 구조에 따라 이중관형핀-튜브형, 쉘-튜브형, 판형, 쉘-플레이트형 히트파이프형 등이 있다. 그중에서도 쉘-튜브 열교환기는 체적에 대한 열전달면적의 비가 크고, 다양한 크기와 유동형태로 쉽게 제작이 쉬우며 구조재료의 선택범위가 넓어서 조작의 탄력성이 용이하여 폭넓게 이용되고 있다[3].
쉘-튜브 열교환기의 장점은 무엇인가? 이 열교환기의 종류로는 전열면의 형상과 배열, 재료와 구조에 따라 이중관형핀-튜브형, 쉘-튜브형, 판형, 쉘-플레이트형 히트파이프형 등이 있다. 그중에서도 쉘-튜브 열교환기는 체적에 대한 열전달면적의 비가 크고, 다양한 크기와 유동형태로 쉽게 제작이 쉬우며 구조재료의 선택범위가 넓어서 조작의 탄력성이 용이하여 폭넓게 이용되고 있다[3].
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참고문헌 (11)

  1. Deng. S.J., "Shell and tube heat exchangers to improve heat transfer performance of the way," Chinese Journal of Chemical Engineering, vol.20, no.2, pp.30-36, 1992. 

  2. Ichiro Tanasawa, "Heat full latest trends in technology research and development," Japanese of Piping Technology, vol.30, no.7, pp.51-56, 1988. 

  3. M. Z. Shi, "Principle and design of heat exchangers", Southeast university press IV, pp. 1-6. 2009. 

  4. G. N. Oh, Y. D. Jun and K. B. Lee, "Research of heat transfer characteristics with baffle parameters in shell and tube heat exchanger", Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, vol. 22, no.9, pp.599-604, 2010. 

  5. J. A. Hong, J. D. Jun and K. B. Lee, "A simulation do single-tube heat exchanger with annular baffles", Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, pp. 1029-1034. 2012. 

  6. Y. H. Shin, H. D. Jeong, J. H. Lee and H. S. Chung, "A numerical study of heat transfer and flow characteristics in shell and tube heat exchanger", Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, pp.1070-1073. 2011. 

  7. A. Tandiroglu, "Effect of flow geometry parameters on transient heat transfer for turbulent flow in a circular tube with baffle inserts", International Journal of Heat and Mass Transfer, vol.49, pp. 1559-567, 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.01.018 

  8. Thundil Karuppa Raj, R. and Srikanth GANNE, "Shell side numerical analysis of a shell and tube heat exchanger considering the effects of baffle inclination angle on fluid flow", Thermal Science, vol.16, no.4, pp. 1165-1174, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.2298/TSCI110330118R 

  9. J. E Bardian, P. G. Huang and T. J. Coakley, "Turbulence Modeling Validation," ALAA, pp. 98-212. 1997. DOI: http://dx.doi.org/10.2514/6.1997-2121 

  10. ANSYS Fluent Theory Guid, ANSYS Fluent v.14. 2013. 

  11. J. Y. Park and J. H. Baek," A comparative study of PISO, SIMPLE, SIPMLE-C algorithms in 3-dimensional generalized coordinate systems", Trans. Korean Society for Computational Fluids Engineering, vol.1, pp. 26-34. 1996. 

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