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문제 정의
- 기존의 해석해와 온도분포는 수치계산한 결과와 비교함으로써 다공성 매질 접근법의 타당성을 검증하겠다. 그리고 열적 성능에 미치는 인자들에 의한 영향을 규명하고, 유동특성과 열전달특성을 모두 고려하여 열전달 성능을 최적화하는, 휜의 개수와 유로와휜의 각도비를 제시하고자 한다.
- 다공성 매질 접근법을 적용하여 속도분포와 온도분포에 대한 해석해를 구하였으며 속도분포는. 기존의 해석해와 온도분포는 수치계산한 결과와 비교함으로써 다공성 매질 접근법의 타당성을 검증하겠다. 그리고 열적 성능에 미치는 인자들에 의한 영향을 규명하고, 유동특성과 열전달특성을 모두 고려하여 열전달 성능을 최적화하는, 휜의 개수와 유로와휜의 각도비를 제시하고자 한다.
- 본 논문에서는 내부 휜-관의 기준 모델인 부채꼴형 휜이 장치된 관에서의 열전달 현상을 다공성 매질 접근법에■ 의해 해석하고자 한다. 다공성 매질 접근법을 적용하여 속도분포와 온도분포에 대한 해석해를 구하였으며 속도분포는.
- 본 연구에서는 다공성 매질 접근법을 이용하여 내부 휜-관 내 유체의 속도분포와 휜 및 그 사이에 흐르는 유체의 온도분포에 대한 해석해를 얻었으며, 이를 기존의 속도해 및 수치 계산한 온도분포와 비교하여 다공성 매질 접근법으로 얻은 해석해를 검증하였다. 검증된 해석해로부터, 열 및 유체 이동 현상에 있어 중요한 변수는 Darcy 수와 유체와 휜간의 유효열전도도비 C 임을 밝혔다.
가설 설정
- Shah 와 London, 기은 circular sector서 축 방향으로의 열유속이 일정하고 단면에서 온도가 일정한 경계조건을 사용하여 완전 발달 유동 및 온도분포를 해석적 으로 제시하였다. Soliman 과 FeingoldS는 관내 휜에서 위와 같은 경계 조건에 대해 휜의 두께를 고려하여 유동 및 온도분포에 대한 해석해를 구하였으며, Masliyah 와 Nandakumar<»는 휜의 길이가 0.1R~0.8R 인 경우 휜온도가 관벽의 온도와 일정하다는 가정을 사용하여 온도분포에 대한 수치적인 결과를 제시하였다. Hu 와 Chang啊은 관벽 에서 열유속이 일정한 경우, 휜의 길이가 0.
- 관 벽 면에는 X방향으로 균일한 열유속이 가해지고 있으며 관내의 온도분포는 완전 발달하였다. 또한 완전발달 층류유동과 모든 물성치가 일정하다는 가정을 사용하였다.
- 속도분포를 구하기 위해서는 투과성 K을 구 하여야 한다. 일반적으로 실험에 의해 결정되는 계수이나, 본 연구에서는 각도 a로 만나는 두 반 무한 평판사이의 Poiseuille 유동을 가정하여 식(6) 과 같이 구하였다.
- 휜의 형상과 물성이 결정되었을 때, 즉 a와 硏 고정되었을 때 휜과 유체와의 경계면에서의 수정 열전달 계수는 Fig. 2 에서 볼 수 있듯이, 방향에 대해 거의 변화하지 않으므로, 일정하다고 가정하였다. 이와 같은 계산 결과로부터 섹터의 각도 a와 유효열전도도비 C 에 대한 무차원 열전달 계수의 상관식[식(8)]을 구하였다.
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