환상핀이 부착된 원봉 주위의 3차원 박리 유동구조 및 물질전달 특성 해석

Local Convective Mass Transfer and Flow Structure Around a Circular Cylinder with Annular Fins

본 연구에서는 기존 유속계에 의한 측정이 어려운 점을 감안하여 나프탈렌 승 화법을 이용하여 열교환기 시스템의 한 모델인 원봉에 유한한 길이의 환상핀이 부착된 경우 환상핀과 원봉이 만나는 부분에서 와류들 특히 V2, V3등 구석와류가 물질전달을 증가시키는 구조에 대해 고찰한다. 이는 원봉 주위의 환상핀에 의한 대류 물질전달 에 영향을 줄수 있는 레이놀즈수, 환상핀의 크기에 따른 형상비, 그리고 경계층 두께, 배제 두께 등의 유동변수를 변화시켜 가며 물질전달률과의 관계를 규명하여 열교환기 설계의 기본자료를 제공한다. 또한 환상핀 사이의 원봉표면에 대한 전체물질전달률 을 측정하며, 환상핀에 인접한 곳에서 구석와류에 대한 환상핀의 끝 벽면 영향을 알아 보고 이를 근거로 하여 말굽와류의 3차원 박리 유동구조를 정성적으로 규명하고자 한 다.

Extensive experiments were carried out to investigate the mass transfer and flow structures around a circular cylinder with annular fins in crossflow. The naphthalene sublimation method was employed to measure the circumferential and longitudinal variations of mass transfer from the circular cylinder between annular fins and H is the height of the fin from the cylinder surface. A remarkable enhancement of mass transfer due to the horseshoe vortices was observed near the corner junction between the annular fin and circular cylinder. The present results indicate that the local circumferential Sherwood number shows the higher values on the front stagnation point. The maximum augmentation of mass transfer rate at the center of cylinder is found near L/H-0.15 due to the separation bubble along the annular fins. The secondary flows, which are the corner vortices V2 and V3 near the end wall of the annular fin, are fairly predicted from the distributions of local Sherwood number in the spanwise direction. The average Sherwood number of overall surface at L/H=0.15 is larger 2.0 times than that of without annualr fins. The correlations of total average mass transfer rate with L/H and Re$_{L}$ can also be obtained.d.