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열교환기의 격판 틈새 유동에 관한 전산유체역학적 평가

전문가 제언: ○ 이 연구에서는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamic: CFD)을 이용하여 원통다관 열교환기의 셀측 유동해석을 시행하였다. 열교환기는 HTRI(Heat Transfer Research Inc.) 프로그램을 사용하여 설계하였고 CFD는 ANSYS 15버전을 이용하여 수행하였다.

○ ANSYS 프로그램을 통하여 k-ε과 SST(Shear Stress Transport) 난류모델이 평가되었는데 SST 난류모델이 온도예측에서 더욱 정확한 결과를 보였다. 튜브벽의 균일온도를 이용하는 대신 HTRI 프로그램의 선형 온도분포를 CFD 경계조건으로 이용하였다. 한편 k-ε 모델은 CFD에 이용되는 난류모델 중에서 설계 등의 공학적 이용에 가장 많이 이용된다. 이는 난류에 의하여 발생하는 응력을 분자운동에 의한 보통의 점성력과 같은 논리로 속도구배에 비례하는 것으로 가정한다.

○ 두 개의 단순한 조각격판(baffle)에 대하여 격판틈새가 있는 경우와 없는 경우를 고려하였다. SST 난류모델을 활용하여 셀측의 평균속도, 온도, 압력분포 등에 관련된 수치를 계산하였으며 이들 값을 HTRI 프로그램의 결과와 비교하였다. 틈새가 있는 셀측에서 틈새를 통한 누설은 열적 성능 손실로 나타났으며 결과에서 작은 재순환과 낮은 온도 정점을 나타내었다. 틈새가 없는 경우는 위의 정점이 특정한 출구온도보다 훨씬 높았다.

○ 이 분야 국내 논문으로는 “경사진 배플이 있는 셀측의 수치적 해석(2000)” 등 단 두 편이 발표되었으며 국내 보고서는 없었다. 한편 이와 관련된 세계특허는 388편이 검색되었지만 국내특허는 없었다.

○ 저자는 HTRI 6.0버전과 ANSYS 15.0버전을 사용하여 격판틈새가 있는 경우와 없는 경우의 영향을 연구하였고 k-ε과 SST 난류모델을 이용하여 이를 평가？검증하였다. 비록 수치해석적 연구이지만 다소 전문적으로 연구하였으며 실험결과가 없지만 이 분야 연구자들에게 좋은 참고자료가 될 것으로 생각한다.

저자: Gabriel Batalha Leoni, Tania Suaiden Klein, Ricardo de Andrade Medronho
자료유형: 니즈학술정보