Journal of the Korean Society of Mechanical Technology (한국기계기술학회지)

Korean Society of Mechanical Technology (한국기계기술학회)
권호 표지

Asymptotic Approach to Pressure Drop and Heat Transfer in a Rectangular Pipe with Shear-thickening Fluids

사각형 단면 파이프 내에서의 Shear-thickening 유체를 이용한 압력강하 및 열전달 예측에 대한 점근적 해석

  • 이동렬 (대구가톨릭대학교 기계자동차공학부)
  • Received : 2011.11.12
  • Accepted : 2011.12.14
  • Published : 2011.12.31
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

본 연구는 산업용 열교환기 및 상용 파이프의 최적 설계를 위하여 열교환기 내의 사각형 단면 파이프의 shear-thickening 비뉴톤 유체의 압력강하 및 대류 열전달률을 수치해석적으로 수행하였다. shear-thickening 유체의 구성 방정식은 기존의 비뉴톤 유체 멱법칙을 보완한 확장 멱법칙 모델을 채택하였다. 파이프 내의 압력강하를 의미하는 마찰계수와 확장 레이놀즈 수의 곱은 기존 연구의 비교자료와 비교할 때 뉴톤 유체 영역과 멱법칙 영역에서 각각 0.018% 및 0.06% 내에서 일치함을 보였고, 대류 열전달률을 의미하는 뉴셀트 수는 문헌치와 비교할 때 뉴톤 유체 영역과 멱법칙 영역에서 각각 0.025% 및 0.14% 내에서 일치함을 보였다. 비뉴톤 확장 멱법칙 유체 모델의 형태를 띠는 shear-thickening 유체를 열교환기 또는 상용파이프 내의 사각형 단면 파이프 내에서 사용하면 유동지수(n)에 따라서 뉴톤 유체보다 최대 160%의 압력강하를 증가시켰고 최대 14%의 대류 열전달 감소를 발생시킬 수 있었다.

Keywords

References

  1. R. K. Shah and A. L. London, "Laminar Flow Forced Convection in Ducts, ", Supplement 1 to Advances in Heat Transfer (T. F. Irvine, Jr. and J.P. Hartnett ed. ), Academic Press, New York. 1978.
  2. R.R. Rothfus, R. Kermode, and J. H. Hackworth, "Pressure Drop in Rectangular Ducts," Chem. Eng., Vol.71, pp.175-176, 1964.
  3. A. R. Chandrupatla, "Analytical and Experimental Studies of Flow and Heat Transfer Characteristics of a Non-Newtonian Fluid in a Square Duct, ", Ph.D. Thesis, Indian Institute of Technology, Madras, India, 1977.
  4. J. A. Wheeler and E.H. Wissler, "The Friction Factor Reynolds Number Relation for the Steady Flow of Pseudoplastic Fluids through Rectangular Ducts," AIChE J., Vol.11, pp.207-216, 1966.
  5. W. Kozicki, and C. Tiu, "Improved Parametric Characterization of Flow Geometries," Can. J. Cherm. Eng., Vol.49, pp.562-573, 1971. https://doi.org/10.1002/cjce.5450490503
  6. W. Kozicki, C. H. Chou, and C. Tiu, "Non-Newtonian Flow in Ducts of Arbitrary Cross-Sectional Shape," Chem. Eng. Sci., Vol.21, pp.665-671, 1966. https://doi.org/10.1016/0009-2509(66)80016-7
  7. T.F. Irvine, Jr. and J. Karni, "Non-Newtonian Fluid Flow and Heat Transfer," Handbook of Single Phase Convective Heat Transfer, John Wiley and Sons, pp. 20-1-20-57, 1987.
  8. J. E. Dunleavy, and S.Middleman, "Relation of Shear Behavior of Solution of Polyisobutylene", Transactions of Society of Rheology, Vol.10, 151-168, 1966.