선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구의 목적은 초임계 상태의 이산화탄소 압축성 유동에서 의 열전달 해석을 통하여 비압축성 유동과 압축성 유동에 대한 열전달 특성에 대한 수치해석 결과를 비교하고 기존 상관식의 유용성 여부를 확인하며 결과적으로 차후 실험 데이터와의 비교를 통해 상관식 도출을 위한 수치해석 데이터를 확보하는 것이다.
제안 방법
- 벽면 열전달 조건의 변화를 위해 벽면 온도를 0°C. 15°C, 30°C 일정조건으로 계산하였으며 일정 열유속 조건에 대해서도 계산하였다.
- Icmxicm 의 정 사각 단면 직덕 트에 서 의 난류 유동을 입구에서의 입구의 온도와 압력을 변화시키며 계산을 수행하였다. 계산에 사용된 난류모형은 대수응력 모형, 저레이놀즈수 k-e 모형 그리고 표준 k-e 모형이며 난류 열유속 모형은 일반적인 구배(gradient) 모형을 도입하였다.
- 단면 평균 온도가 임계점에 가까운 50°C 임계점 전후인 40°C, 70°C에 대한 단면에서의 주유 동의 변화 및 물성치의 변화를 고찰하였다.
- 벽면온도의 영향을 고려하기 위해 일정한 벽면 온도 값을 0°C, 15°C, 30°C로 변화시키며 대수웅력모형을 사용하여 계산을 하였다. 계산 결과 Fig.
- 하지 만, 이산화탄소에 대 한 물성 치 상관식이 널리 알려져 있지 않은 상태로 코드 작성에 어려움이 있다. 본 수치해석에서는 유동의 압력이 일정하다는 가정하에 온도에 따른 물성치의 변화를 curve-fitting을 실시하여 코드화하였다. 현 유동장에서 이산화탄소의 밀도 범위는 대략 300kg/m3 - lOOOkg/m3 로써 가정에 비교적 부합된다.
- 압축성 유동해석을 위해 입구조건은 입구압력 l()Mpa에서 입구온도를 11()°C, 출구온도를 15°C로 일정 하게 고정 시 킨 후 모형(ASM, 저레이놀즈수 k-f, 표준 k-e)과 입구 레이놀즈수, 벽면 열전달 조건의 변화에 따른 열전달계수 변화 특성을 고찰하였다. 벽면 열전달 조건의 변화를 위해 벽면 온도를 0°C.
- 임계점 부근인 50°C에서 주 유동 속도의 감속 기울기가 변화함을 알 수 있다. 주유동 속도는 난류모형 차이에 따라 변화가 거의 없이 일정한 값을 예측하였다.
- 초임계 영역에서의 이산화탄소에 대한 유동 및 열전달 특성을 압축성 전산코드를 개발 사용하여 수치해석에 사용함으로써 다음의 결론을 얻었다.
데이터처리
- 실선은 일반적으로 알려진 마찰계수 상관식인 Blasius Eq. 이며 Low-Reynolds k-e 모형과 수치해석 결과를 비교하였다. 기존에 알려진 레이놀즈수만의 함수인 상관 식과 다른 차이를 보이고 있는데 초임계 이산화탄소의 특성 즉, 물성치의 영향인지는 좀 더 많은 연구를 필요로 한다.
이론/모형
- 온도를 통해 구하여지는 물성치는 밀도, 비열, 열전도계수, 점성계수 그리고 엔탈피이다. 사용되어진물성치는 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 REPROP version 6.()1 에의한 것이다.
성능/효과
- 압축성 유동 해석은 순각적인 물성치의 변화가 유동에 연속적으로 반영되어 수렴되는 과정으로 두 수치해석의 결과는 큰 차이를 나타내고 있음을 알 수 있었다. CO2 유동에 대한 비압축성 유동의 수치해석 결과는 기존 Dittus & Boelter 식과 거의 일치하는 결과를 보여주지만 압축성 유동 해석 결과는 전혀 다른 결과를 나타내었다. 따라서, 초임계 이산화탄소 유동에서의 새로운 열전달 상관식에 대한 연구는 필연적이라 하겠다.
- 9는 입구 레이놀즈수, 모형 별 열전달계수를 수치 해석한 결과이 다.Re=130, 000, 200, 000에서 는 Low-Reynolds k-e 과 Standard k-e 모형 은 거 의 일치 하나 Re=360, 000에서는 차이를 보이며 전체적으로 ASM결과를 k-e 모형과 비교하면 Re=130, 000, 200, 000에서는 40°C이하 액체 영역에서는 비슷한 결과를 보이지만 기체 영역으로 변하여 압축성 효과가 커지면 차이가 커지고 특히 레이놀즈수가 커질수록 차이가 커짐을 알 수 있다.
- 결론적 으로 비압축성 유동 해석읜可 순간적 인물성치의 변화가 없이 매 단계마다 입구온도 단위별로 각각의 물성치에 따라 수렴시켜 연결해 나가는 과정이며. 압축성 유동 해석은 순각적인 물성치의 변화가 유동에 연속적으로 반영되어 수렴되는 과정으로 두 수치해석의 결과는 큰 차이를 나타내고 있음을 알 수 있었다.
- 사용하여 계산을 하였다. 계산 결과 Fig. 10에서 경계조건의 벽면온도가 높을수록 즉, 입구온도와의 차이가 더 작을수록 열 전달계수가 더 작아짐을 알 수 있다.
- 전체적으로 주유 동의 발달 분포와 온도 발달분포가 비슷함을 알 수 있다. 또한 평균 단면온도가 50°C에서 주유동의 속도 기울기가 가장 큼을 알 수 있으며 온도 기울기 또한 가장 큼을 알 수 있다.
- 실선은 Dittus & Boelter 상관식을 나타내는데 압축성 유동의 수치해석 결과와 큰 차이가 있음을 알 수 있고 실제 큰 열전달율을 갖는 이산화탄소 열교환기에서 Dittus & Boelter 식의 사용은 무리가 있음을 알 수 있다.
- 과정이며. 압축성 유동 해석은 순각적인 물성치의 변화가 유동에 연속적으로 반영되어 수렴되는 과정으로 두 수치해석의 결과는 큰 차이를 나타내고 있음을 알 수 있었다. CO2 유동에 대한 비압축성 유동의 수치해석 결과는 기존 Dittus & Boelter 식과 거의 일치하는 결과를 보여주지만 압축성 유동 해석 결과는 전혀 다른 결과를 나타내었다.
후속연구
- 이며 Low-Reynolds k-e 모형과 수치해석 결과를 비교하였다. 기존에 알려진 레이놀즈수만의 함수인 상관 식과 다른 차이를 보이고 있는데 초임계 이산화탄소의 특성 즉, 물성치의 영향인지는 좀 더 많은 연구를 필요로 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.