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제안 방법
- split 혼합 날개가 부착된 지지격자의 하류에서 생성된 선회류(swirl flow)에 의한 유동에 초점을 맞추어 연구되었다. Yang 과 Chung(1)은 실험적으로 LDV(Laser Doppler Velocimetry)를 이용하여 split 혼합 날개를 부착한 지지격자의 하류에서의 난류강도와 속도를 측정하였다.
- 구리센서(copper sensor)를 이용하여 국부적 열전달 계수 측정을 수행하였다. 지지격자에 split 혼합날개를 부착한 경우와 LSVF 혼합 날개를 부착한 경우의 지지격자 하류에서의 열전달 성능을 레이놀즈수 30,000과 50,000에서 측정하여 비교하였다.
- 또한 구리 표면의 온도를 측정하기 위하여 구리센서의 정중앙에 원주 방향으로 90도 간격으로 T형 열전대(thermocouple)를 설치하기 위하여 구리 부분에 2mm의 홈을 설치하였다. 그리고 구리센서의 양쪽 끝으로 발생할 수 있는 열손실을 최대한 줄이기 위하여 테프론으로 만든 마개를 이용하여 단열처 리 하였고, 구리센서의 양쪽 끝에는 스테인레스(stainless steal) 봉이 결합될 수 있도록 하였다. 구리센서가 결합된 한쪽 끝의 스테인레스 봉의 길이를 변화시키면 가열되는 구리센서의 위치를 변화시킬 수 있는데, 이 원리를 이용하면 가열되는 위치를 변화시킬 때마다 실험장치의 분해 없이 실험을 실행할 수 있고, 유동의 방해를 받지 않고 구리 표면의 온도를 측정할 수 있는 장점이 있다.
- 첫 번째는 경계층의 재발달과 지지격자에 의해서 변하는 유로의 단면적에 대한 관계이다. 두 번째는 날개를 부착한 지지격자의 하류의 열전달에서 경계층에 의한 효과를 위한 관계를 개발하였다
- 두 혼합 날개에 의한 열전달 계수를 비교하기 위하여 구리센서 (copper sensor)(5,6)를 이용하여 냉각수의 온도와 연료봉의 표면 온도를 측정하여 국부열 전달 계수를 측정하였다
- 구리의 총길이 중 양쪽으로 15mm씩은 결합되는 부분이고 나머지 40mm 부분은 열원으로 사용되는 카트리지 히터(cartridge heater)가 정 중앙에 위치하고 있어 일정한 열유 속의 열원으로 작용할 수 있도록 하였다. 또한 구리 표면의 온도를 측정하기 위하여 구리센서의 정중앙에 원주 방향으로 90도 간격으로 T형 열전대(thermocouple)를 설치하기 위하여 구리 부분에 2mm의 홈을 설치하였다. 그리고 구리센서의 양쪽 끝으로 발생할 수 있는 열손실을 최대한 줄이기 위하여 테프론으로 만든 마개를 이용하여 단열처 리 하였고, 구리센서의 양쪽 끝에는 스테인레스(stainless steal) 봉이 결합될 수 있도록 하였다.
- 기존의 split혼합날개가 발생시키는 난류성분의 경우, 그 난류의 길이척도(length scale)가 작어 난류에 의한 열전달 증진 효과가 발생 후, 짧은 거리에 제한되고, 횡류(lateral flow)에 의한 교차류(cross flow)의 효과가 적기 때문에 부수로 간의 열전달 증진 효과를 크게 기대할 수 없다. 이러한 split 혼합 날개의 단점을 극복하기 위해서 대형 2차와류를 생성시키고, 교차류를 증가시킨 새로운 개념의 LSVF(Large Scale Vortex Flow) 혼합 날개를 지지격자에 부착하였고 지지 격자에서 떨어진 거리에 따른 국부열전달계수(Local heat transfer coefficient)를 측정하여 기존의 split 혼합 날개가 사용되었을 때의 국부적 열전달 계수와 비교하였다
- 구리센서(copper sensor)를 이용하여 국부적 열전달 계수 측정을 수행하였다. 지지격자에 split 혼합날개를 부착한 경우와 LSVF 혼합 날개를 부착한 경우의 지지격자 하류에서의 열전달 성능을 레이놀즈수 30,000과 50,000에서 측정하여 비교하였다.
- 지지격자의 후류 부분에서 1, 3, 5, 7, 10, 15, 20, 30Dh 떨어진 위치에 대하여, 각 거리에서 봉표면의 온도와 완전 발달하였을 때의 온도를 측정하여, 국부 열전달 계수를 구하였다.
- 구리센서가 결합된 한쪽 끝의 스테인레스 봉의 길이를 변화시키면 가열되는 구리센서의 위치를 변화시킬 수 있는데, 이 원리를 이용하면 가열되는 위치를 변화시킬 때마다 실험장치의 분해 없이 실험을 실행할 수 있고, 유동의 방해를 받지 않고 구리 표면의 온도를 측정할 수 있는 장점이 있다. 카트리지 히터에 의한 구리 표면에서의 일정한 열유속(heat flux)을 가하기 위하여 이번 실험에 사용되는 9개의 히터를 각각 제어하기 위하여 공급하는 전원에 개별 전원 공급장치를 통해서 조절해줌으로 써 일정한 열유속을 구리의 표면에 전해주도록 제어하였다. 이때의 전압의 측정은 디지털 멀티미터 [fluke모델 명: #110, 오차: ±1.
대상 데이터
- 을 이용하여 열전달 계수를 구하는데, 이를 위해서는 4와 Tm을 측정하여야 한다. Tm를 측정하기 위해서 카트리지 히터가 설치되지 않은 구리센서를 사용하였다.
- 또한 안정된 유동이 측정부에 유입되도록 하기 위하여 유입부전에 유동을 균일하게 만들어주는 정류상자를 설치하였으며, 펌프를 지난 다음 정류상자를 설치하여 안정된 유량이 공급되도록 하였고 실험부를 지난 냉각수는 저장탱크로 회수되 는 순환 루프로 이루어져 있다. 그리고 루프를 순환할 때 펌프에서 발생하는 열과 관에서의 마찰열에 의한 냉각수의 온도를 일정하게 제어하기 위하여 칠러(chiller)를 사용하였다.
- 본 실험장치는 Fig. 2와 같이 저장탱크, 펌프, 유량계, 유량 제어밸브, 즉 정부 등으로 구성된 순환 루프로 이루어져 있다, 측정부의 제원은 Table 1과 같다.
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