[논문]가정용 냉장고의 응축기 비용저감을 위한 판형 핀-관 열교환기의 열전달 특성

손영우; 이장호

가정용 냉장고의 응축기 비용저감을 위한 판형 핀-관 열교환기의 열전달 특성
Heat Transfer Characteristics of Cost Effective Plate Fin-tube Condenser for Household Refrigerator 원문보기

손영우 (군산대학교 대학원 기계공학과) , 이장호 (군산대학교 기계자동차공학부)

본 연구는 판형 핀-관 열교환기의 열전달 특성을 상용 CFD 코드인 SC/Tetra를 사용하여 해석한 내용에 관한 것이다. 해석조건은 입구속도 0.63 m/s, 튜브온도 $44.5^{\circ}C$이다. 해석 열교환기는 총6가지로 검토하였으며 각각의 온도분포와 유동패턴을 해석하고 판형 핀-관 열교환기의 열전달 특성을 비교 검토하였다.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 가정용 냉장고 응축기의 제조원가 절감을 위한 평판 핀-관 열교환기의 공기측 유동 및 열전달 특성을 예측할 수 있는 상용 CFD 코드인 SC/Tetra 을 사용하여 여러 종류별로 해석결과를 비교 검토하였다.

가설 설정

(1) 열역학적 물성치는 온도와 시간에 대하여 일정한 값을 가진다.
(2) 해석 덕트 내부의 공기는 비압축성이다.
(3) 중력에 대한 효과는 무시한다.

제안 방법

가정용 냉장고 응축기의 제조원가 절감을 위한 판형 핀-관 열교환기 열전달 특성을 상용 CFD 코드인 SC/Tetra를 이용하여 해석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
해석 정확도를 높이기 위해 해석형상 주변에는 프리즘 레이어(prism layer)를 넣었다. 그 두께는 0.

대상 데이터

5 mm이다. 격자수는 총 약300만개 이다. (Fig.
본 연구에서 고려한 해석대상은 가정용 냉장고의 응축기이다. 실제 운행되어지는 조건과 최대한 동일하게 설정하였다.

성능/효과

(1) 온도 해석결과, 핀과 판의 온도가 크게 차이나지 않는 것으로 나타났으며 열교환기 종류에 따라서도 큰 변화가 없었다. 이에 따라 핀효율은 97%이상으로 일정하게 유지되어 전열면적과 유 동속도증가를 통해 열전달양이 증가할 수 있을 것으로 기대된다.
(2) 열전달계수 해석결과, 상부로 바이패스 되는 양을 줄이고 핀의 상하 방향의 유동 섞임을 크게 하면 열전달계수도 커지는 것으로 나타났다. 이를 고려한 핀의 설계가 요구된다.
열전달계수해석 결과 후자의 그룹이 열전달계수가 큰 것으로 나타났다. 상부로 흐르는 바이패스 유동을 줄이고 상하 방향의 유동 섞임을 증가시켜 난류강도가 커지면 열전달이 커져서 열전달계수가 커지는 것으로 나타났다.
두 그룹의 큰 특징은 (d),(e),(f)경우보다 (a),(b),(c)경우가 바이패스양이 더 작다는 점이다. 열전달계수해석 결과 후자의 그룹이 열전달계수가 큰 것으로 나타났다. 상부로 흐르는 바이패스 유동을 줄이고 상하 방향의 유동 섞임을 증가시켜 난류강도가 커지면 열전달이 커져서 열전달계수가 커지는 것으로 나타났다.
3을 보면 1번에 해당하는 핀 패턴으로써 첫 번째 관에 서 핀을 세운 형상이다. 이때의 유동패턴을 보면 바이패스 되는 유동을 많이 잡아주긴 하였으나 후단부로 갈수록 유동의 속도저하가 많다는 발생하는 것을 확인하였다. 이는 첫 번째 핀에서 유동이 핀의 절단면 위로 나가버리기 때문에 나타난 결과이다.
(1) 온도 해석결과, 핀과 판의 온도가 크게 차이나지 않는 것으로 나타났으며 열교환기 종류에 따라서도 큰 변화가 없었다. 이에 따라 핀효율은 97%이상으로 일정하게 유지되어 전열면적과 유 동속도증가를 통해 열전달양이 증가할 수 있을 것으로 기대된다.

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