[논문]열교환기 형식에 따른 열교환기의 에너지 및 엔트랜시 성능 특성 해석

김경훈; 정영관; 한철호

doi:10.7316/khnes.2020.31.1.112

열교환기 형식에 따른 열교환기의 에너지 및 엔트랜시 성능 특성 해석
Energy and Entransy Characteristic Analysis of Heat Exchangers Depending on Heat Exchanger Type 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.31 no.1, 2020년, pp.112 - 121

김경훈 (금오공과대학교 기계공학과) , 정영관 (금오공과대학교 기계공학과) , 한철호 (금오공과대학교 기계시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this work energy and entransy characteristics of heat exchangers are analyzed for 12 different flow arrangements of heat exchangers. The dimensionless parameters are number of entransy dissipation (Ng), number of entransy dissipation-based thermal resistance (Nr), and entransy dissipation-based effectiveness of heat-exchanger (εg). The dimensionless parameters are expressed analytically in terms of the effectiveness of heat exchanger (ε), heat capacity ratio (c), and number of transfer unit (N) for optimal performance of heat exchangers. Results showed that the dimensionless parameters based on the entransy dissipation can be useful concepts for optimal design of heat exchangers.

주제어

표/그림 (1)

그림 Fig. 1. Dimensionless parameters with varying N and c

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 아직 다양한 열교환기 종류에 대해 전통적인 무차원수와 엔트랜시 소산에 기반한 무차원수의 관계에 대한 연구 보고가 매우 부족한 실정이다. 본 논문에서는 많이 사용되는 12가지 종류의 열교환기에 대해서 전통적인 무차원수와 엔트랜시 소산에 기반한 무차원수들을 비교 해석한다. 무차원 계수들은 열교환기유용도, 열용량비(heat capacity ratio) 및 전달단위수(number of transfer unit (NTU or N)의 항으로 수학적으로 유도하고 중요한 특성을 분석한다.

가설 설정

여기에서 m과 c_p는 각각유동의 질량유량과 정압비열이고 하첨자 h와 c는 각각 고온유동과 저온유동을 의미한다. 열교환기는 하나의 검사체적이며 열교환기의 외부표면이나 주위로의 열전달은 없다고 가정한다. 열교환기 내 유체 유동에 의한 압력강하는 열전달 효과보다 작기 때문에 무시한다.

제안 방법

와 열교환기 유용도 ε를 비교 해석하였다. 각 열교환기에 대해 무차원 계수들을 전달단위수 N과 열용량비 c의 함수로 수학적으로 유도하고 그 영향을 조사하였다. 주요 결과는 다음과 같다.
본 논문에서는 많이 사용되는 12가지 종류의 열교환기에 대해서 전통적인 무차원수와 엔트랜시 소산에 기반한 무차원수들을 비교 해석한다. 무차원 계수들은 열교환기유용도, 열용량비(heat capacity ratio) 및 전달단위수(number of transfer unit (NTU or N)의 항으로 수학적으로 유도하고 중요한 특성을 분석한다.
본 연구에서는 12종류의 열교환기에 대해 엔트랜시 소산을 기반으로 하는 엔트랜시 소산수 Ng, 엔트랜시 소산 저항수 Nr, 엔트랜시 소산 유용도 εg와 열교환기 유용도 ε를 비교 해석하였다.

이론/모형

열교환기의 해석을 위해서는 ε-NTU법이 널리 쓰이고 있는데, 엔트랜시 소산에 기반한 계수들도 ε-NTU법과 같은 형태로 분석하고자 한다.

성능/효과

4) N이 무한대로 커지면 ε, Ng 및 Nr은 유한한 값으로 수렴한다.
5) 전달단위수 N이 증가함에 따라 일반적으로 ε은 단순 증가하고 Nr은 단순 감소한다.
7) 모든 종류의 열교환기 종류에서 εg는 N에 대해 단조감수하며 N이 0에 접근하면 εg는 1에 수렴하고, N이 무한히 커지면 εg는 0에 수렴한다.

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