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전기식 히터 복합 열유동 해석
Conjugated Heat Transfer Analysis of Electric Heater 원문보기

한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집, 2011 Nov. 24, 2011년, pp.973 - 976  

심창열 (현대로템 기술연구소 추진연구팀) ,  박순상 (현대로템 기술연구소 추진연구팀) ,  한풍규 (현대로템 중기사업관리팀) ,  김영수 (현대로템 기술연구소 중기연구부문)

초록
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본 논문에서는 연소기 엔진 연소시험 설비용으로 사용되는 비연소식 전기히터의 특정부위에서 코일이 파단되는 현상이 연속적으로 발생함에 따라 원인 규명을 목적으로 히터에 대한 복합 열유동해석을 수행하었다. 수행 결과, 히터의 파단이 발생하는 코일 입구 직선구간에서 코일의 온도가 국부적으로 크게 상승함에 따라 열 및 구조적으로 취약하다는 것이 판명되었으며, 이의 원인은 이 영역 부근에서 공기 유속이 매우 낮았기 때문이었다. 코일을 하류로 25mm 이동하였고 이를 통해서 코일 입구 직선부분에서의 공기의 유속이 증가됨으로 코일온도를 감소시킬 수 있었고, 코일의 열 및 구조적 안정성을 확보할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the conjugated heat transfer anslysis was performed about an electric heater used in a combustion test equipment of a combustor engine to figure out a physical phenomenon that heater coil was periodically cut during heating test. The result of analysis is that the temperature of coil ...

AI 본문요약
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제안 방법

  • 왼쪽의 입구로 상온의 공기가 유입되며 중간에 공기를 가열하는 전기 히터가 장착되어 있으며, 오른쪽에 가열된 공기가 유출되는 출구가 있다. 계산격자수는 750,000 개 정도이며, 고체인 코일과 유동이 접촉하는 부분은 상호열전달을 고려한 복합(conjugated) 열유동이 고려되어야 하므로 코일의 표면에 3개의 계산 격자층(layer)을 적용하여 격자를 생성하였다[5].
  • 본 히터의 열전달 문제를 고려한 복합 열유동해석을 수행하기 위하여 범용 열유체 해석코드인 Fluent가 사용되었으며, 비압축성 N-S 방정식이 적용되었다. 또한 계산시간을 단축하기 위하여 히터를 원주방향으로 60도 구간만 모델링하고 경계면은 주기조건으로 처리하여 계산하였으며, 코일 역시 격자수를 줄이기 위하여 1/10 으로 모델링 하였다. 계산된 사용된 경계조건은 Table 1과 같다.
  • 당사는 대표적인 비연소식 히터인 전기코일을 사용하여 공기를 가열하여 연소기 연소시험을 수행하였는데, 시험중에 특정부위에서 전기 코일이 계속적으로 끊어지는 문제점이 발생하였다. 이러한 문제점의 원인 파악 및 해결책을 마련하기 위하여 전기식 히터에 대한 복합 열유동 해석을 수행하였다.

이론/모형

  • 본 히터의 열전달 문제를 고려한 복합 열유동해석을 수행하기 위하여 범용 열유체 해석코드인 Fluent가 사용되었으며, 비압축성 N-S 방정식이 적용되었다. 또한 계산시간을 단축하기 위하여 히터를 원주방향으로 60도 구간만 모델링하고 경계면은 주기조건으로 처리하여 계산하였으며, 코일 역시 격자수를 줄이기 위하여 1/10 으로 모델링 하였다.
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