Numerical Study on the Performance of a Microchannel Heat Exchanger with a Novel Channel Array

In conventional microchannel heat exchangers, only one kind of fluid (hot or cold) flows in each plate. The channels contain different kinds of fluid depending on the vertical position, but they have the same kind of fluid at all horizontal positions. Therefore, there is a slower heat transfer rate in the horizontal direction than in the vertical direction. We propose a microchannel heat exchanger in which hot and cold fluid flows alternately in each plate to improve the thermal performance. This novel channel array requires a special design for the inlet and outlet. The proposed channel array has a faster heat transfer rate than a conventional channel array. The thermal performance of the novel channel array increases with increasing Reynolds number and Prandtl number, but it decreases as the ratio of solid to fluid thermal conductivity increases.

새로운 채널 배열을 통한 마이크로채널 열교환기 성능 향상 수치 연구

기존 마이크로채널 열교환기는 한 플레이트에 고온 또는 저온, 한 종류의 유체만이 흐르고 있다. 채널 내부를 흐르는 유체의 수직 방향으로는 다른 종류의 유체가 존재하지만, 수평 방향으로는 같은 종류의 유체가 존재한다. 그로 인해 수평 방향의 열전달률은 수직 방향에 비하여 낮게 나타나게 된다. 열교환기 성능 향상을 위하여 한 플레이트에서 고온, 저온 유동이 번갈아가며 존재하는 새로운 채널 배열을 제안하였다. 새로운 채널 배열을 위해서는 특별한 입구 및 출구 설계가 필요하다. 제안된 채널 배열을 통하여 기존 열교환기보다 높은 열전달률을 얻을 수 있다. Reynolds 수와 Prandtl수가 증가할수록 새로운 채널 배열로 인한 열 성능 향상이 증가하고, 고체와 유체의 열전도계수 비가 증가할수록 열 성능 향상은 감소한다.