초록 ▼

대형 판형 열교환기 개발에 앞서, 단위 크기(100 mm × 100 mm) 열교환기 모델을 이용한 스네이크 타입과 기존의 헤링본 타입 전열판에 대한 전산해석을 실시하여 스네이크 타입이 기존 헤링본 타입에 비해 열전달 성능이 우수함을 확인하였다. 그리고 전열판 성형 작업 시 전열판 재질에 따른 스프링 백(spring back) 현상이 발생하기 때문에 이에 대한 고려가 이루어져야 한다. 이를 위해 티타늄(Ti)에 대하여 성형해석과 시편 테스트를 실시하였으며, 그 결과를 설계에 반영하였다.
상기 결과들을 바탕으로 스네이크 패턴이 적

대형 판형 열교환기 개발에 앞서, 단위 크기(100 mm × 100 mm) 열교환기 모델을 이용한 스네이크 타입과 기존의 헤링본 타입 전열판에 대한 전산해석을 실시하여 스네이크 타입이 기존 헤링본 타입에 비해 열전달 성능이 우수함을 확인하였다. 그리고 전열판 성형 작업 시 전열판 재질에 따른 스프링 백(spring back) 현상이 발생하기 때문에 이에 대한 고려가 이루어져야 한다. 이를 위해 티타늄(Ti)에 대하여 성형해석과 시편 테스트를 실시하였으며, 그 결과를 설계에 반영하였다.
상기 결과들을 바탕으로 스네이크 패턴이 적용된 전열판의 금형설계와 제작을 실시하였고, 제작된 금형을 이용하여 전열판을 성형하였다. 성형된 전열판을 사용하여 1차 시제품 대용량 판형 열교환기(H-type, M-type, L-type)들을 제작하였고, 제작된 시제품들의 성능시험을 실시하여 유동특성 및 열전달특성을 파악하였다. 이와 동시에 위탁기관에서는 주관기관이 제공한 전열판 설계도면을 바탕으로 시제품 열교환기 형상을 모델링한 후 이를 전산유체역학(CFD) 소프트웨어인 Star-CD를 이용하여 전산해석을 실시하였다. 전산해석의 경우 열교환기의 크기가 대형화되고 내부 전열판의 주름이 보다 복잡해질 경우, 계산격자의 수와 계산시간이 비약적으로 증가하기 때문에 현실적으로 해석이 불가능하다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 본 연구에서는 미시적 기법과 준미시적 기법을 모두 사용하여, 대형 판형 열교환기의 열전달성능 및 내부유동을 해석하였다. 이를 위해서 초기에 실시한 미시적 기법을 활용한 단위 크기(100 mm × 100 mm) 열교환기 모델에 대한 압력강하 및 열전달 특성을 준미시적 해석모델인 다공성물질 영역에 반영하였으며, 이를 통해 미시적 기법과 준미시적 기법이 매우 유사한 결과를 나타내는 것을 확인하였다. 따라서 단위크기 열교환기의 복합열전달 해석에서 도출한 압력강하 및 열전달 특성을 적용한 준미시적 해석을 통하여 전체 열교환기에 대한 전산해석이 적용 가능함을 확인하였다.
준미시적 해석을 통한 전체 열교환기 형상에 대한 전산해석결과는 실제 시험결과와 정성적인 경향뿐만 아니라 정량적인 결과값에 대해서도 오차범위 ±5% 이내로 매우 정확히 예측함을 확인할 수 있었다.

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 과제 요약서(초록) ...2
• 목차 ...5
• 제1장 서론 ...7
• 제1절 판형 열교환기 ...7
• 제2절 수치해석을 통한 대형 판형열교환기 연구 ...17
• 제3절 수치해석 프로그램 ...21
• 제2장 전열판 성능 해석 ...25
• 제1절 전열판 형상에 따른 강도 해석 ...25
• 제2절 전열판 형상에 따른 전열 특성 해석 ...38
• 제3장 전열판 성능평가를 통한 설계 개선 ...45
• 제1절 과제 추진 ...45
• 제2절 1차 시제품 테스트 ...59
• 제3절 2차 시제품 테스트 ...76
• 제4절 채널 수 증가에 따른 균일 유량 배분특성 연구 ...83
• 제4장 설계 프로그램 개발 ...91
• 제1절 열교환기 설계 이론 ...91
• 제2절 판형 열교환기 설계 프로그램 개발 ...98
• 제5장 결론 ...115
• 참고문헌 ...117