초록 ▼

최근에 관심의 대상이 되고 있는 에너지 시스템의 작동 유체 및 고전압 기기나 전자장치의 냉각용 절연 유체로 사용되고 있는 액체(R11, R113, R113＋wt4％ethanol, FC72)를 대상으로 세가지의 전극 배열에 대하여 전극계에 걸리는 전압을 변경시켜 가면서 비등열전달에 미치는 EHD 효과를 조사하기 위한 일련의 실험 및 해석결과를 토대로 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 주어진 조건하에서 R11의 경우는 최대 2.3배, R113의 경우에는 최대 2.8배, R113＋wt4％ethanol의 경우에는 최대 12.1배의 열전달

최근에 관심의 대상이 되고 있는 에너지 시스템의 작동 유체 및 고전압 기기나 전자장치의 냉각용 절연 유체로 사용되고 있는 액체(R11, R113, R113＋wt4％ethanol, FC72)를 대상으로 세가지의 전극 배열에 대하여 전극계에 걸리는 전압을 변경시켜 가면서 비등열전달에 미치는 EHD 효과를 조사하기 위한 일련의 실험 및 해석결과를 토대로 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 주어진 조건하에서 R11의 경우는 최대 2.3배, R113의 경우에는 최대 2.8배, R113＋wt4％ethanol의 경우에는 최대 12.1배의 열전달 촉진 효과를 얻었으나 FC72의 경우에는 열전달 촉진 효과를 확인할 수 없었다. 2) 수평 튜브인 경우에는 튜브의 상부, 측면 및 하부의 비등 표면 온도가 열유속이 증가할 수록 차이가 커지므로 튜브 원주 방향의 온도구배를 고려하여 열전달계수를 계산하여야 한다. 예를 들어 R113의 경우 전극에 걸리는 전압이 14.2kV, 열유속이 34.8MW일 때 상부의 온도는 65.9℃, 측면의 온도는 64.3℃, 하부의 온도는 62.7℃로 계측되었다. 또한 전극에 전압을 걸면 에너지 시스템에서 치명적인 비등 히스테리시스 현상이 사라짐을 관찰하였다. 3) 기포생성 회수와 전기 완화 시간이 EHD에 의한 열전달 촉진에 중요한 변수가 됨을 확인하였다. 4) 기포의 거동에는 전계 구배력과 부력의 합성력이 지배적으로 작용하므로 전계구배력 및 부력의 평형에 의해 기포의 정체 영역이 생겨 비등 표면으로부터의 기포이탈을 방해하지 않도록 전극선을 튜브 밑면 중심선에 위치하도록 배열하는 것이 열전달 촉진 및 절연 파괴 현상 방지를 위하여 바람직하다. 또한 본 연구에서는 응축열전달 촉진 효과에 대한 실험을 수행하였다. 응축열전달 실험에서도 보다 나은 열전달 촉진 효과가 있었으나 최대 23％ 증가하는데 그쳤다.

Abstract ▼

Effect of electric fields on boiling of refrigerant R11, R113, R113＋wt4％ethanol and FC72 have been investigated experimentally. One of the experimental investigations was to determinethe effect of the electrode arrangements on electrohydeodynamic(EHD) boiling of the above mentioned liquids. The te

Effect of electric fields on boiling of refrigerant R11, R113, R113＋wt4％ethanol and FC72 have been investigated experimentally. One of the experimental investigations was to determinethe effect of the electrode arrangements on electrohydeodynamic(EHD) boiling of the above mentioned liquids. The test section employed in the experiments consisted of a shell and a single tube with six and twelve rows of electrode wires. Effects of surface temperature, electrode arrangement and number of electrode wire, applied electric field voltage, and boiling surface conditions on the boiling phenomena have been tested. From this study, following results have been obtained. 1) As the applied voltage increased, the heat transfer coefficient increased except for FC72. For the range of parameters used here, boiling enhancement was obtained up to 230％ for R11, 280％ for R113 and 1210％ for R113＋wt4％ethanol mixture. 2) As the applied voltage increased, radialtemperature variation (i.e. upper, side, and bottom of tube) was increased, and the temperature drop (i.e. boiling hysterisis) disappeared. 3) The bubble generation frequency and the relaxation time were found to be an important parameter for boiling heat transfer enhancement. 4) The behavior of bubbles in dielectric liquids under non-uniform electric fields has discussed on the basis of numerical studyon electrical forces acting on bubbles ; the non-uniform field produced by electrodes drive bubbles into lower field region and the bubbles aggregate where the electrical gradient force balance with the buoyancy.These aggregated bubbles forced to decrease heat transfer coefficient, and reduced the dielectric breakdown voltage. Electric field effects on condensation heat transfer coefficient of R11 and R113 have also been investigated experimentally. It has been found that R113 has better response to the EHD enhancement in the condensation heat transfer. However, the maximum increase in the condensation heat transfer coefficient was about 23％ for R113.

목차 Contents

• I. 서 론...23
• II. EHD 비등 열전달...24
• 1. 연구 배경 및 동향...24
• 1.1 연구 배경...24
• 1.2 연구 동향...26
• 2. EHD 열전달의 특성 및 이론...34
• 2.1 비등 열전달의 특성...35
• 2.2 지배 방정식...39
• 2.3 EHD 열전달 상관식...42
• 2.4 기포 생성 주기와 전하 완화 시간...51
• 3. 전극계에서의 전계해석...53
• 3.1 해석 대상 액체...53
• 3.2 지배 방정식...55
• 3.3 전극계의 형상 및 요소 분할...57
• 3.4 해석 결과 및 고찰...58
• 4. 실험 장치 및 실험...64
• 4.1 실험 장치...64
• 4.2 실 험...71
• 5. 실험 결과 및 고찰...82
• 5.1 실험 결과 검증을 위한 상관식...82
• 5.2 열전달 계수의 계산...83
• 5.3 실험 결과 및 고찰...85
• III. EHD 응축 열전달...101
• 1. 연구 배경 및 동향...101
• 1.1 연구 배경...101
• 1.2 연구 동향...102
• 2. EHD 응축 열전달 상관식...103
• 3. 실험 장치 및 실험...106
• 3.1 실험 장치...106
• 3.2 실 험...108
• 4. 실험 결과 및 고찰...112
• 4.1 열전달 계수의 계산...112
• 4.2 실험 결과 및 고찰...116
• VI. 결론...119
• Figure section...122
• V. 참고 문헌...205