초록

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이번 연구에서는 Ali & Ramadhayni[2]에 의해 실험된 corrugated fin에 Cross-Cutting을 하여 압력강하를 2-D Laminar 영역에서 분석하였다. 분석 지표로는 Pressure drop의 무차원화된 지표인 friction factor를 사용하였고, corrugation angle을 $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$로 변화 시켜가며 진행하였다. Cross-Cutting의 길이는 $0.3D_h$길이로 고정시켜 계산하였고, 모든 값은 $D_h=2l$로 무차원화 하였다. Corrugated Fin의 경우, Corrugation Angle에 따라 층류영역에서 주기성을 가진 vortex shedding이 일어나는데, 그 때의 레이놀즈 수를 본 연구에서는 임계 레이놀즈 수라 하고, Vortex Shedding이 일어나기 시작하는 $Re_{cr}$ 이하에서 연구를 진행하였다.

이번 연구에서는 Ali & Ramadhayni[2]에 의해 실험된 corrugated fin에 Cross-Cutting을 하여 압력강하를 2-D Laminar 영역에서 분석하였다. 분석 지표로는 Pressure drop의 무차원화된 지표인 friction factor를 사용하였고, corrugation angle을 $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$로 변화 시켜가며 진행하였다. Cross-Cutting의 길이는 $0.3D_h$길이로 고정시켜 계산하였고, 모든 값은 $D_h=2l$로 무차원화 하였다. Corrugated Fin의 경우, Corrugation Angle에 따라 층류영역에서 주기성을 가진 vortex shedding이 일어나는데, 그 때의 레이놀즈 수를 본 연구에서는 임계 레이놀즈 수라 하고, Vortex Shedding이 일어나기 시작하는 $Re_{cr}$ 이하에서 연구를 진행하였다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 이러한 재순환 영역에서는 열전달이 효과적으로 일어나지 않는다. 따라서 이번 해석에서는 3번째의 wave의 peak 부분에서 Cross-Cutting을 진행하여 그 결과를 비교해보고자 한다.

제안 방법

• 수치해석 대상은 Ali & Ramadhyani[2]의 실험과 같은 조건에서 2-Dimensional 계산을 통해 유동을 관찰하였다.
• Re = 400에서 1개의 wave에서의 fin pitch 방향과 wave length 방향으로 1:4으 ㅣ비율로 증가시키며 격자 의존성 테스트를 진행하였고, 비교대상인 값인  f factor의 값의 표준편차 (Standard Deviation)가 1% 미만이 될 때까지 진행하였다.
•  Ali & Ramadhyani[2]와 같은 조건으로 해석하기 위하여 입구길이와 출구길이를 각각 1.267, 1.035만큼을 주었고, Crrugation Angle(β)은 10°, 20°, 30° 3가지의 case에 대하여 연구를 진행하였다.
• 각 block 사이에서는 block communication 경제조건을 입력하였고, 입구와 출구가 각 subsonic-inlet, subsonic outlet 경제조건을 주었다. 벽 부분에서는 Viscous Adiabatic Wall 조건을 주었다.
• 1개의 Block은 axis 별로 500개의 격자가 최대이기 때문에, 전체 해석 영역을 5개의 block으로 나누어서 진행하였고, block 사이에서는 block communication 조건을 주었다. 층류 영역에서는 velocity profile이 난류 모델링에 의한 해석보다 gradient가 크기 때문에, 벽 근처에서의 격자를 조밀하게 넣어주었다.
• 전산 실험 수행은 Comini et al.[4]에 의해 알려진 Vortex Shedding이 일어나는 임계 레이놀즈 수(Re_cr)이하에서 Corrugation Angle을 10˚, 20˚, 30˚으로 바꾸어 f factor를 분석하였다. Corrugation Angle이 작을 경우에는 대체적으로 재순환 영역이 생기지 않음을 볼 수 있었다.

대상 데이터

• Re = 400에서 1개의 wave에서의 fin pitch 방향과 wave length 방향으로 1:4의 비율로 증가시키며 격자 의존성 테스트를 진행하였고, 비교대상인 값인  f factor의 값의 표준편차 (Standard Deviation)가 1% 미만이 될 때까지 진행하였다. 격자 48,600개와 86,400개 일 때의 Std이 1% 미만이기 때문에 격자는 48,600개의 격자를 사용하였고, figure 4에 나타내었다.

데이터처리

• 해석 대상의 타당성을 확인하기 위하여 Re = 200,300일 때의 결과 값을 Ali & Ramadhyani[2]의 실허ㅏㅁ에 의한 구한 f factor의 결과와 비교하였다.

성능/효과

• Ali and Ramadhyani[2]는 Corrugated Channel에서의 열전달 성능 및 압력강하를 실험적으로 진행하였고, 이를 j factor 및 f factor를 통해 나타내었다. 뿐만 아니라, 이를 visualization을 통하여 층류구간의 특정 reynolds 수 이상에서 주기적인 vortex shedding이 일어남을 확인하였다. Comini et al.

후속연구

• 이를 통해 Cutting을 통해 유동교란을 하고자 할 때, Corrugation Angle, Reynolds 수에 영향이 있음을 알 수 있었다. 향후 연구는 임계 레이놀즈 수 이상의 Cutting된 fin에서 Vortex Shedding에 의한 열전달 효과를 분석할 예정이다.

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