An Experimental Study on the Thermal Performance of Air Filled Thermal Diode

공기를 작동 유체로 하는 열다이오드의 열성능에 관한 실험적 연구

Thermal diode is a device which allows heat to be transferred in one direction by convection due to difference of density of fluid, and blocks heat flow in the opposite direction. Vertical plate for heat collection and radiation are of utility for design of thermal diode. It was considered the transient and steady state of air filled thermal diode with guide vane which combined rectangular and parallelogrammic shape enclosures. $Gr^*$ was kept constantly on $1.11{\times}10^{10}{\sim}1.4{\times}10^{10}$ and error range was ${\pm}3%$ during the experiment. Nu was examined when inclined angle are $15^{\cir\c}\;and\;45^{\circ}$ and, also the experiments was carried out with and without guide vane as well. Specially, Nu was linearly increased due to increase of $Gr^*$, and the effect of guide vane and dimensionless channel depth was sensitive. Developed state of temperature began at dimensionless time $0.5{\sim}0.6$ due to variation of inclined angle, which is characteristic of system.

열다이오드란 유체의 밀도차에 기인한 대류에 의하여 일방향성 열전달이 주로 일어나며 역방향의 열전달은 미미하도록 고안된 장치이다. 본연구에서는 실용적인 측면에서 평행사변형 형상과 직사각형 형상을 조합하고 좌우에 수직 평판을 설치하였으며, 내부 안내판을 가진 공기식 열다이오드를 제작하여 천이 및 정상상태에 관한 연구를 하였다. 공급된 열속에 따른 $Gr^*$는 $1.11{\times}10^{10}{\sim}1.4{\times}10^{10}$ 사이에 존재하였고 전체 실험 과정에 있어서 $Gr^*$ 값은 ${\pm}3%$ 이내로 유지되었다. $Gr^*$의 증가에 따라 Nu값은 거의 선형적으로 증가하는 경향을 보였으며 guide vane의 유무와 유동통로의 깊이(channel depth)에 따라서는 민감한 경향을 보였다. 경사각의 변화에 따라 온도상태가 무차원시간 $0.5{\sim}0.6$ 에서 나타나는 것으로 보아 시스템의 특성으로 본다.