Heat Transfer Characteristics for Inward Solidification in a Horizontal Cylinder Packed with P.C.M.

상변화물질을 충전한 수평원통관 내에서 응고시 열전달특성

Heat transfer characteristics for heat retrieving processes in a paraffin-filled horizontal circular cylinder was studied. Theoretical and experimental analyses were carried out. In the theoretical analysis, solid and liquid phases were treated separately. Namely, convection for liquid and conduction for solid phase were investigated respectively. The retrieved heat was calculated from the experimentally determined solidified mass. Furthermore, the effects of initial temperature of the liquid and cooling temperature on the heat discharge rate were also studied. In the heat retrieving process, the governing factor for the solidifying rate is the cooling temperature, because most of the liquid sensible heat is rapidly discharged in the initial stage of solidification. Hence heat transfer mechanism during heat retrieving process can be safely considered as conduction. In the cut of frozen paraffin, there showed an empty space in the upper region. It is caused by the temperature drop in the liquid paraffin. While volume shrinkage caused by phase transition was indiscernible. Irrespective of cooling temperature and initial liquid temperature, solidified mass was well-correlated with the product of Fourier number and Stefan number in the solid phase.

본 연구에서는 용융된 파라핀을 채운 수평 원관의 관벽을 냉각할 때에 관내에서 일어나는 열전달현상을 다루었다. 관내의 파라핀을 고상과 액상으로 구분하여 고상층에 대해서는 열전도 모델을, 그리고 액상층에 대해서는 자연대류를 고려한 열전달모델을 세워 수치해석하였고 이 과정에 대한 실험을 행하여 얻은 응고형태로부터 방열량을 계산하였다. 아울러 초기의 용융파라핀의 온도와 관벽의 냉각온도가 응고에 미치는 영향을 고찰하였다. 방열과정에서 액상파라핀의 응고속도를 결정하는 요인은 관벽의 냉각온도와 초기액상온도이나 대부분의 액상현열이 응고 초기에 급속히 방출되기 때문에 관벽의 냉각온도가 지배적인 요인으로 작용하였다. 따라서 방열과정에서의 열전달은 고상층 내의 열전도에 의해서 이루어지게 된다. 실험에서 관찰한 응고형태에서는 상부에 빈 공간이 발견되었다. 이는 초기 액상온도가 응고초기에 급속히 떨어짐으로써 온도에 따른 액상의 밀도차로 인해 생긴 것이다. 고 액간의 밀도차로 인한 수축현상은 응고과정의 전반에 걸쳐서 고르게 일어나므로 그 영향을 응고형태에서 구별하여 파악하기는 어려웠다. Fourier수와 고상의 Stefan수를 종속변수로 사용하면 관벽의 냉각온도와 초기액상온도에 무관하게 응고량을 단일곡선으로 표현할 수 있었다.