A study on theory analysis and CFD simulation for design of high efficiency ceramic exchanger

고효율 세라믹 열교환기 설계를 위한 이론해석 및 CFD시뮬레이션에 관한 연구

현재 대부분의 산업용 열기관은 효율을 높이기 위하여 연소에 사용되는 공기를 예열하는 방법을 사용한다. 하지만, 산업용 열기관에서 평균적으로 발생되는 $1000^{\circ}C$ 이상의 배기가스는 일반 금속 열교환기에는 적합하지 않다. 이에 반해 세라믹 열교환기의 경우 고온에서 견디는 장점이 있다. 본 연구에서는 기본적인 열교환기 설계 이론을 이용하여 설계프로그램을 제작하였다. 또한 세라믹 열교환기 내 열 유체 거동을 CFD 상용코드인 FlUENT 6.2를 이용한 전산해석을 수행하여 설계결과를 비교 검증하였다. 설계 결과에서 휜의 형태 변화에 따라 열전달율과 온도구배는 무시할 수 있을 정도로 작았으나, 압력강하는 크게 변동되는 결과가 도출되었다. 제한된 모듈 크기에서 휜 간거리는 휜의 두께에 비해 약 3배 이상 클 경우가 적당하며, 판(plate)의 두께는 작을수록 압력손실이 적고, 열전달율이 상승하지만 두께가 너무 얇게 된다면 제작상의 어려움이 생긴다. 향후 연구에서는 단순한 구조에서 벗어나 off-set이나 판형구조를 고려하여 설계함으로서 열전달 면적을 넓히거나 난류유동을 발생시켜 열전달율을 높이는 연구를 진행 할 필요가 있다.