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배출가스 냉각장치 형상설계를 위한 수치해석
Numerical Study for Configuration Design in the Exhaust Gas Cooling System 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.25 no.4, 2016년, pp.7 - 12  

이석영 (인하공업전문대학 기계과)

초록
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본 연구는 냉각효과를 높이기 위해 냉각채널 형상에 대한 변수를 다루고 있다. 냉각효과가 증가하면 제조현장에 있는 공장에 의해 발생되는 배출가스량은 감소하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 효율적인 냉각시스템에 대한 설계가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 냉각채널을 냉각성능을 향상시키기 위해 수치분석을 수행하였다. 배플과 핀의 길이에 영향을 받는 열전달률은 수치해석에 의해 계산이 된다. 3차원 레이놀즈 평균 나비아스토크 방정식이 유동과 냉각채녈의 열전달을 계산하는데 사용되며 난류영역은 $k-{\varepsilon}$ 모델이 사용되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with a parametric study on cooling channel configurations to enhance the cooling effect. As a cooling effect has been increased, the exhaust gas by the plant from a manufacture is becoming deceased. To solve this problem, the design of a efficient cooling system is needed. In this p...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 배출가스 냉각시스템의 최적화 설계를 위해 상용 프로그램인 ANSYS v17.0을 사용하여 냉각시스템 형상에 따른 4가지 조건으로 시뮬레이션을 수행하여 냉각효율을 향상시킬 수 있는 방안을 찾도록 하였다.

가설 설정

  • 해석 시간은 연속모드로 설정하였고 유동해석은 열전달을 고려하여 냉각용 열교환기 내부의 유속 분포와 온도분포를 분석하였다. 열교환기 내부의 유동은 비압축성, 난류, 점성유동으로 가정하였고 난류모델은 k-ε모델을 사용하였다. 작동유체는 배출가스가 VOC 증기인 점을 고려하여 Table 1과 같이 석유계 증기로 가정하였으며 열교환기 외부로의 열전달도 외부공기 조건과 함께 영향을 고려하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배출가스의 온도저감을 위해 어떤 방법이 적절한가? 공장내 설치된 연소부에서 생성되어 배출가스관을 통해 배출되는 배출가스의 온도가 고온이 되면 오염원이 급격하게 증가하여 외부 도심으로 방출된다. 따라서, 배출가스의 온도저감을 위해 배출가스관의 중간부위에 공기 또는 물로 냉각할 수 있는 장치를 부착하여 환경에 위배되는 물질을 저감시키는 방법이 적합한 방법 중 하나이다. 공장에서 배출되는 가스온도는 고온으로 유해성분을 다량으로 함유하게 되며 냉각기술은 이러한 유해성분을 온도저감을 통해 액화시키거나 배출가스 온도를 낮추어 화학적 동결과정에 감소를 기대할 수 있다.
Hwang 등이 연구한 채널의 열전달 및 유동 특성은? Hwang 등(1)은 채널과 돌출에 대해 실험적 연구를 수행하여 열전달 및 유동 특성을 비교하였다. 채널은 돌출에 비해 낮은 열전달 강화 효과를 나타내는 반면에, 낮은 압력 강하를 가진다고 보고하였다. Mahmood 와 Lignari(2)는 유동 가시화 실험을 통해 유로의 높이 변화에 따른 유동장 특성에 대해 연구하였다.
배출가스의 온도저감이 왜 필요한가? 이러한 대기오염 방지기술 중에서 배출가스가 통과하여 유출 되는 배기통로에 대한 냉각기술이 대두되고 있다. 공장내 설치된 연소부에서 생성되어 배출가스관을 통해 배출되는 배출가스의 온도가 고온이 되면 오염원이 급격하게 증가하여 외부 도심으로 방출된다. 따라서, 배출가스의 온도저감을 위해 배출가스관의 중간부위에 공기 또는 물로 냉각할 수 있는 장치를 부착하여 환경에 위배되는 물질을 저감시키는 방법이 적합한 방법 중 하나이다.
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참고문헌 (7)

  1. Hwang, S. D., Kwon, H. G. and Cho, H. H., 2008, Heat transfer with dimple/protrusion arrays in a rectangular duct with a low Reynolds number range, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, pp. 916-926 

  2. Mahmood, G. I. and Ligrani, P. M., 2002, Heat transfer in a dimpled channel: combined influences of aspect ratio, temperature ratio, Reynolds number, and flow structure, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 45, pp. 2011-2020 

  3. Ligrani, P. M., et al., 2001, Flow structure and local Nusset number variations in a channel with dimples and protrusion on opposite walls, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 44, pp. 4413-4425 

  4. Elyyan, M. A., Rozati, A. and Tafti, D. K., 2008, Investigation of dimpled fins for heat transfer enhancement in compact heat exchangers, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 51, pp. 2950-2966 

  5. Isaev, S. A. and Leont, A. I., 2003, Numerical simulation of vortex enhancement of heat transfer under conditions of turbulent flow past a spherical dimple on the wall of a narrow channel, High Temperature, Vol. 44, pp. 665-679 

  6. Samad, A., Lee, K. D. and Kim, K. Y., 2008, Multiobjective optimization of a dimpled channel for heat transfer augmentation, Heat Mass Transfer, Vol. 45, pp. 207-217 

  7. Kim, H. M., Moon, M. A. and Kim, K. Y., 2012, Heat-transfer anaysis of a cooling channel with inclined elliptical dimlles, Journal of Computational Fluids Engineering Vol. 17, No. 3, pp.1-7 

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