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저온 조건에서 핀-관 열교환기의 공기측 열전달 및 압력손실
Air-side Heat Transfer and Pressure Drop of a Fin-and-Tube Heat Exchanger Under Low Temperature Condition 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.4, 2017년, pp.15 - 20  

김내현 (인천대학교 기계시스템공학부)

초록
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최근 들어 가정용 공조기가 겨울철에 히트 펌프로도 사용된다. 이 때 실외기는 저온의 외기와 열전달을 하며 관내의 냉매를 증발시킨다. 반면 여름철에 냉방기로 사용될 경우 실외기는 고온의 외기와 열전달을 통해 관 내의 냉매를 응축시킨다. 즉, 동일한 열교환기가 여름철에는 응축기로, 겨울철에는 증발기로 사용되고 외기 조건도 겨울철의 저온에서 여름철의 고온까지 넓은 범위에 놓이게 된다. 본 연구에서는 표준 설계 온도 조건에서 얻어진 j와 f 인자가 저온 운전 시에도 무리없이 적용 가능한지를 실험을 통하여 확인하였다. 이를 위하여 2열 루버 핀-관 열교환기에 대하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다. 또한 관 내측의 브라인의 유량이 미치는 영향도 살펴보았다. 실험 결과 외기의 온도 변화가 j와 f 인자에 미치는 영향은 무시할 만 하였다. 모든 j와 f 인자는 각각 9%, 3% 내에서 일치하였다. 따라서 표준 조건에서 얻어진 j와 f 인자를 저온 조건에 사용하여도 무리가 없다고 판단된다. 또한 관 내측 유량 변화가 j와 f 인자에 미치는 영향이 미미한 것으로 미루어 관 내측 상관식의 적용이 적절하다고 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Currently, residential air conditioners operate as a heat pump during winter. In this case, the outdoor heat exchanger acts as an evaporator obtaining heat from cold air. On the other hand, it acts as a condenser during summer transferring heat to hot air. The outdoor temperature changes significant...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적 으로 난류 영역에서는 열 경계조건이 열전달계수에 미치는 영향이 크지 않은 것으로 알려져 있으나 이 부분에 대해서는 확인이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 관 내측 물의 유량을 변화시키며 열교환기 실험을 수행하여 이들이 공기측 j와 f인자에 미치는 영향을 살펴봄으로써 상기 열경계조건 문제를 확인하고자 하였다. 또한 동일한 조건 에서 브라인을 사용하여 반복 실험을 수행하여 관 내측 유체의 종류가 j와 f인자에 미치는 영향도 검토하였다.
  • 본 연구의 목적은 설계 외기 온도 조건에서 얻어진 j 와 f 인자가 넓은 온도 범위에 적용 가능한지를 확인하 는데 있다. 또는 공랭식 응축기에서 j 인자의 Prandtl 수지수 2/3가 적절한지를 확인하고자 한다. 이를 위하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다.
  • 이를 위하여 2열 루버 핀-관 열교환기에 대하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다. 또한 관 내측의 브라인의 유량이 미치는 영향도 살펴보았다. 주된 결론은 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 표준 설계 온도 조건에서 얻어진 j와 f 인자가 저온 운전 시에도 무리 없이 적용 가능한지를 실험을 통하여 확인하였다. 이를 위하여 2열 루버 핀-관 열교환기에 대하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다.
  • 본 연구의 목적은 설계 외기 온도 조건에서 얻어진 j 와 f 인자가 넓은 온도 범위에 적용 가능한지를 확인하 는데 있다. 또는 공랭식 응축기에서 j 인자의 Prandtl 수지수 2/3가 적절한지를 확인하고자 한다.
  • 본 연구의 목적은 설계 외기 조건에서 물을 사용한 실험 데이터가 넓은 외기 온도 범위에 적용 가능한 지를 확인하는데 있다. 설계 조건에서 물을 사용한 실험을 통하여 공기측 j와 f 인자를 구할 경우 물의 유량을 우선 결정하여야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
핀-관 열교환기의 특징은 무엇인가? 핀-관 열교환기는 구조가 간단하고 제작이 용이하여 가정용 공조기의 증발기 또는 응축기로 널리 사용된다. 이 경우 관 내로는 냉매가 흐르고 관 외측의 핀 사이로 는 공기가 흐른다.
핀-관 열교환기가 가정용 공조기의 증발기 또는 응축기로 사용될 경우 어떻게 작동하는가? 핀-관 열교환기는 구조가 간단하고 제작이 용이하여 가정용 공조기의 증발기 또는 응축기로 널리 사용된다. 이 경우 관 내로는 냉매가 흐르고 관 외측의 핀 사이로 는 공기가 흐른다. 최근 들어 가정용 공조기가 겨울철에 히트 펌프로도 사용된다.
데이터 리덕션이란? 실험 결과로부터 열전달 해석을 통하여 열전달계수를 도출하는데 이 과정을 데이터 리덕션이라 한다. [1,2] 데이터 리덕션을 통하여 구해진 열전달 계수는 j 인자로 무차원화 되고 (압력손실은 f 인자로 무차원화 된다) 동시에 풍속은 Reynolds 수로 무차원화 된다.
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참고문헌 (12)

  1. Wang, C.-C., Webb, R. L. and Chi, K.-Y., "Data reduction for air-side performance of fin-and-tube heat exchangers," Exp. Thermal Fluid Sci., vol. 21, no. 4, pp. 218-226, 2000. DOI: https://doi.org/10.1016/S0894-1777(00)00005-4 

  2. Kim, N.-H., Oh, W.-K., Cho, J.-P., Park, H.-Y, Youn, B., "Data reduction on the air-side heat transfer coefficients of heat exchangers under dehumidifying conditions," Korean J. Air Conditioning Refrigeration, vol. 15, no. 1, pp. 73-85, 2003. 

  3. Kim, N-H., Personal communication with Samsung Electronics, 2016. 

  4. Mills, A. F., Basic Heat ad Mass Transfer, Irwin Pub., 1995. 

  5. ASHRAE Standard 41.1, Standard Method for Temperature Measurement, ASHRAE, 1986. 

  6. ASHRAE Standard 41.2, Standard Method for Laboratory Air-Flow Measurement, ASHRAE. 1987. 

  7. ASHRAE Standard 41.5, Standard Measurement Guide, Engineering Analysis of Experimental Data, ASHRAE, 1975. 

  8. ESDU 98005, Design and performance evaluation of heat exchangers: the effectiveness and NTU method, Engineering and Sciences Data Unit 98005 with Amendment A, London ESDU International plc., pp. 122-129, 1998. 

  9. Park, B.-B., You, S.-M., Yoon, B., and Yoo, K.-C., "Experimental study of heat transfer and pressure drop characteristics for flow of water inside circular smooth and micro-fin tubes," Korean J. Air Conditioning Refrigeration, vol. 9, no. 4, pp. 454-461, 1997. 

  10. Schmidt, T. E., "Heat transfer calculations for extended surfaces," J. of ASRE, Refrigeration Engineering, vol. 4, pp. 351-357, 1949. 

  11. Dittus, F. W. and Boelter, L. M. K., "Heat transfer in automobile radiators of the tubular type," University of California Publications on Engineering, vol. 2, no. 13, pp. 443-461, 1930. 

  12. Gnielnski, V., "New equations for heat and madd transfer in turbulent pipe and channel flow," Int. Chem. Eng., vol. 16, pp. 359-368, 1976. 

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