Numerical Analysis of Heat Transfer in the Ribbed Channel Inserted with Tape

Numerical predictions of a fully developed turbulent flow through a square duct ($30mm{\times}30mm$) with twisted tape inserts and with twisted tape plus interrupted ribs are respectively conducted to investigate regionally averaged heat transfer and flow patterns. A rib height-to-channel hydraulic diameter(e/$D_h$) of 0.067 and a lengthto-hydraulic diameter(L/$D_h$) of 30 are considered at Reynolds number ranging 8,900 to 29,000. The interrupted ribs are axially arranged on the bottom wall. The twisted tape is 0.1 mm thick carbon steel sheet with diameter of 28 mm, length of 900 mm, and 2.5 turns. Each wall of the square channel is composed of isolated aluminum sections. Two heating conditions are investigated for test channels with twisted tape inserts and rib turbulators: (1) electric heat uniformly applied to four side walls of the square duct, and (2) electric heat uniformly applied to two opposite walls of the square channel. The results show that uneven surface heating enhances the heat transfer coefficient over uniform heating conditions, and significant improvements can be achieved with twisted tape inserts plus interrupted ribs.

테이퍼가 설치된 리브(rib)이 있는 채널의 열전달에 대한 수치해석

사각 덕트내 열전달과 유동 양상을 조사하기 위해 꼬임식 테이프 만 설치한 경우와 꼬임식 테이프와 리브(rib)를 설치한 경우에 대해 충분히 발달된 난류유동에 관한 수치 해석을 행하였다. 수치 해석에서는 레이놀즈 수가 8,900에서 29,000 범위의 난류 스월유동, 채널수력직경에 대한 리브의 높이(e/$D_h$)가 0.067, 그리고 채널 수력 직경에 대한 시험부 길이(L/$D_h$)가 30인 경우에 대해 고려하였다. 리브는 채널 바닥면에 만 길이 방향으로 설치하였다. 꼬임식 테이프는 0.1 mm 두께의 탄소강 판 재질이며, 폭은 28 mm, 길이는 900 mm이고 2.5 번 회전시켰다. 각 벽면은 서로 단열된 알루미늄 판으로 구성되었다. 2가지의 가열 조건에 대해 조사 하였다: (1) 사각 전체 벽 면적에 일정한 열유속으로 가열, 그리고 (2) 사각 채널에서 마주보는 상하 양면 만 가열. 연구 결과 상하 양면 만 가열하는 경우가 4면 모두 가열하는 경우보다 열전달 계수가 우수하였고 꼬임식 테이프와 리브를 설치한 경우 열전달 계수가 현저히 향상되었다.