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문제 정의
- 본 연구에서는 컴퓨터 CPU 발열량 150 W급 이상의 라디에이터를 설계하기 위해서 자동차용으로 사용되는 라디에이터의 크기를 120×120 mm로 컴퓨터 CPU 수냉식 냉각용으로 축소 제작하였다. 실험에 사용된 열교환기는 평판관형 루버핀과 핀튜브형 총 7종류이며 풍속과 유량을 변화 시켰을 때 열전달과 유동특성을 비교 평가함으로써 컴퓨터 CPU 수냉식 냉각방식의 설계 자료로 활용하고자 수행하였다.
제안 방법
- 그리고 다점 풍속계와 마이크로 마노미터로 유입 공기의 풍속과 시험부의 입·출구 공기의 차압을 측정하도록 하였고 각각 5개의 T-type 열전대를 설치하여 입·출구 공기의 온도를 측정하고 이 온도로 유체의 혼합평균 온도(Bulk temperature)를 결정하였다
- Table 2의 실험조건과 같이 항온조에서 물의 온도를 일정하게 유지한 후 펌프를 가동시켜 유량을 조절하였다. 그리고 풍동을 가동시켜 시험부에서 풍속을 측정하여 일정 풍속으로 유지하도록 한 후 항온 항습기를 가동시켜 Tunnel 입구 공기의 온도를 20℃로 일정하게 조절하였다. 유입되는 공기와 물의 온도가 일정해지면 열전대를 이용하여 입구와 출구의 온도를 측정하도록 하였다.
- 라디에이터의 열적성능을 비교하기 위해서 각 Sample을 교체하여 실험하였고 시험부의 온도변화가 ±5℃이내, 압력은 ±5 kPa이내의 범위에 있을 때 정상상태에 도달하였다고 판단하고 이때부터 데이터를 측정하여 데이터 레코더(MV20030CH)와 RS-232C 케이블을 통해 PC로 전송하여 처리하였다.
- 본 연구에서는 컴퓨터 CPU 발열량 150 W급 이상의 라디에이터를 설계하기 위해서 자동차용으로 사용되는 라디에이터의 크기를 120×120 mm로 컴퓨터 CPU 수냉식 냉각용으로 축소 제작하였다.
- 그리고 풍동을 가동시켜 시험부에서 풍속을 측정하여 일정 풍속으로 유지하도록 한 후 항온 항습기를 가동시켜 Tunnel 입구 공기의 온도를 20℃로 일정하게 조절하였다. 유입되는 공기와 물의 온도가 일정해지면 열전대를 이용하여 입구와 출구의 온도를 측정하도록 하였다. 라디에이터의 열적성능을 비교하기 위해서 각 Sample을 교체하여 실험하였고 시험부의 온도변화가 ±5℃이내, 압력은 ±5 kPa이내의 범위에 있을 때 정상상태에 도달하였다고 판단하고 이때부터 데이터를 측정하여 데이터 레코더(MV20030CH)와 RS-232C 케이블을 통해 PC로 전송하여 처리하였다.
- Table 1은 실험에 사용된 라디에이터의 사양을 나타낸 것이다. 평판관형 루버핀은 튜브의 폭이 19 mm, 9 홀인 1Pass(Sample 1), 2Pass(Sample 2) 2종류와 Sample 2와 동일하면서 팬이 부착된다고 가정하여 팬모터 허브부를 막은 (Sample 6) 3가지 종류를 실험하였다. 핀튜브형에서는 FPI(Fin Pitch Inch)가 다른 64Fin(Sample 3), 72Fin(Sample 4), 83Fin(Sample 5) 3가지 종류와 팬모터 허브부를 막은 64Fin(Sample 7) 총 4가지 종류를 실험하였다.
- 평판관형 루버핀은 튜브의 폭이 19 mm, 9 홀인 1Pass(Sample 1), 2Pass(Sample 2) 2종류와 Sample 2와 동일하면서 팬이 부착된다고 가정하여 팬모터 허브부를 막은 (Sample 6) 3가지 종류를 실험하였다. 핀튜브형에서는 FPI(Fin Pitch Inch)가 다른 64Fin(Sample 3), 72Fin(Sample 4), 83Fin(Sample 5) 3가지 종류와 팬모터 허브부를 막은 64Fin(Sample 7) 총 4가지 종류를 실험하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서는 흡입형 풍동(Wind tunnel) 실험 장치를 구성하여 사용하였으며 Fig. 1은 본 실험의 대상인 컴퓨터 CPU 냉각용 라디에이터의 실험장치 개략도를 나타낸 것이다.
- 실험장치는 크게 송풍장치, 덕트, 시험부, 온수 공급을 위한 항온조와 자료획득장치로 구성되어있다. 물 측의 경우 온도와 유량을 일정하게 유지하도록 항온조, 기어펌프, 디지털 유량계, 차압계 등을 설치하였으며, 공기 측은 일정 풍속을 유지 할 수 있도록 팬(Fan) inverter를 설치하고 Tunnel로 유입되는 온도는 항온 항습기를 이용하여 일정하게 제어 하였다.
성능/효과
- (1) 풍속에 따라 최소 125 W, 최대 286 W의 열 전달량을 나타내어 라디에이터 설계치를 만족하였으며, 평판관형 루버핀이 핀튜브형 라디에이터보다 약 15～25% 정도의 높은 열전달량을 나타내었다.
- (2) 평판관형 루버핀이 핀튜브형 라디에이터보다도 압력강하가 작게 나타났으며 팬이 부착된 것으로 가정한 Sample 비교에서는 평판관형 루버핀에서 약 21.6%, 핀튜브형 라디에이터에서 약 5.2% 정도의 성능저하가 발생하였다.
- (3) 열전달계수는 평판관형 루버핀이 핀튜브형 라디에이터보다 약 13～25% 정도의 높은 열전달 특성을 나타내었다.
- (4) 레이놀즈수가 증가함에 따라 j factor와 f factor는 감소되는 일반적인 경향을 보였으며, j factor와 f factor 모두 평판관형 루버핀 라디에이터가 우수한 성능을 나타내었다.
- 2는 공기의 전면풍속에 대한 열전달량의 변화를 나타낸 것이다. 관내의 물측 유량은 1.2 LPM으로 고정된 상태에서 풍속이 증가함에 따라 열전달량은 증가하는 경향을 보이며, 풍속 1 m/s에서 최소 125 W, 풍속 4 m/s에서 최대 286 W의 열전달량을 나타내어 설계치를 만족함을 확인할 수 있었다. 또한 평판관형 루버핀이 핀튜브형 라디에이터보다 약 15～25% 정도의 높은 열전달량을 나타내었다.
- 2 LPM으로 고정된 상태에서 풍속이 증가함에 따라 열전달량은 증가하는 경향을 보이며, 풍속 1 m/s에서 최소 125 W, 풍속 4 m/s에서 최대 286 W의 열전달량을 나타내어 설계치를 만족함을 확인할 수 있었다. 또한 평판관형 루버핀이 핀튜브형 라디에이터보다 약 15～25% 정도의 높은 열전달량을 나타내었다.
- 6은 라디에이터의 열전달특성과 압력강하특성을 나타내는 j factor와 f factor를 나타낸 것이다. 레이놀즈수가 증가함에 따라 j factor와 f factor는 감소되는 일반적인 경향을 보였으며, j factor와 f factor 모두 평판관형 루버핀 라디에이터가 우수한 성능을 나타내었다.
- 풍속이 증가함에 따라 압력강하는 증대하는 경향을 보이며, 평판관형 루버핀이 핀튜브형 라디에이터보다도 압력강하가 작게 나타나 압력강하 측면에서도 유리함을 알 수 있다. 팬이 부착된 것으로 가정한 Sample 비교에서는 평판관형 루버핀에서 약 21.6%, 핀튜브형 라디에이터에서 약 5.2% 정도의 성능저하가 발생하였다.
- 3은 공기의 전면풍속에 대한 압력강하의 변화를 나타낸 것이다. 풍속이 증가함에 따라 압력강하는 증대하는 경향을 보이며, 평판관형 루버핀이 핀튜브형 라디에이터보다도 압력강하가 작게 나타나 압력강하 측면에서도 유리함을 알 수 있다. 팬이 부착된 것으로 가정한 Sample 비교에서는 평판관형 루버핀에서 약 21.
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