The film boiling heat transfer was experimentally investigated for the water sprays impacting on an inclined hot surface. Full cone spray nozzles were employed for the spray cooling experiment, and experiments were made for different inclination angles of $\theta=0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$ and $45^{\circ}$. The experimental results show that, in the downstream region of the inclined hot surface, increasing the inclination angle increases the local heat flux slowly because of increasing the number of rebound droplets. However, the inclination angle of heat transfer surface had no remarkable effect on the local heat flux of spray cooling under the present test conditions.
Effects of collision angle on heat transfer characteristics of a liquid droplet impinging on a heated wall above the Leidenfrost point temperature were experimentally investigated. The heated wall and droplet temperatures were $506^{\circ}C$ and $100^{\circ}C$, respectively, and the impact angle varied from $20^{\circ}$ to $90^{\circ}$ while the normal collision velocity was constant at 0.27 m/s. The droplet collision behaviors and the surface temperature distribution were measured using synchronized high-speed video and infrared cameras. The major physical parameters influencing upon droplet-wall collision heat transfer, such as residence time, wall heat flux, effective heat transfer area, heat transfer amount, were analyzed. It was found at the constant normal collision velocity that the residence time, wall heat flux and effective heat transfer area were hardly not changed, resulting in the almost constant heat transfer amount.
In the present study, experiments on the film boiling of liquid droplets on oxidized copper surface was conducted. The shape of pure water droplets was observed, and the evaporation rate of them was measured during the film boiling evaporation process. The droplet of initial volume 16 ~ 30 µl was applied onto the oxidized copper surface heated up to 300 ~ 500℃, then the shape of the droplet was analyzed during the film boiling evaporation. Experimental results showed that there was good correlation between dimensionless volume and dimensionless time. However, a significant difference in evaporation rate for small and large droplets discussed in previous study was not found.
A new correlation between the Nusselt number based on modified heat transfer coefficient and Reynold number based on droplet-flow-rate was developed for the experimental data. The modified heat transfer coefficient was defined as ratio of wall heat flux to droplet subcooling. In the previous reports, the local heat flux of spray cooling in the film boiling region was experimentally investigated for the water spray region of $D_{max} = 0.0007{\sim}0.03m^3/(m^2s)$ . In the region near the stagnation point of spray flow, a new heat transfer correlation is recommended which shows good predictions for the water spray region of $D_x{\le}0.01m^3/(m^2s)$.
This report presents experimental results on the heat transfer coefficients in the boiling region of spray cooling for actual metallurgical process. In this study, the heat flux distribution of a two dimensional dilute spray impinging on hot plate was experimentally investigated. Based on the experimental results, they classified the heat transfer area into the stagnation region and wall-flow region. In the stagnation region, the local heat transfer coefficient relates mainly to the droplet-flow-rate supplied from spray nozzle directly, so the local heat transfer coefficients is good agreement with the predicted values from correlation for spray cooling proposed by former report However, the local heat transfer coefficient in wall-flow region is larger than predicted values, and it is found that the rebounding droplets-flow-rate must be accurately evaluated to predict the local heat transfer coefficient in this region.
최근 우리나라에서 수처리(음용수, 오폐수 포함)분야에서 막분리 공정에 대한 관심도가 비등하고 있다. 신기술의 등장은 기존 기술의 보완내지는 대체를 통하여 자동화, 경제성, 처리수질, 제어방식 등에서 큰 변화를 줄것임에 틀림이 없다. 그러나 모든 신기술이 다 그러하지만 막분리기술도 그 정체를 바로알고 현명하게 채택 활용해야지 과도한 기대감이나 불필요한 저항감에서 신기술의 장점을 살리지 못하면 큰 손실이 아닐 수 없다. 본 난에서는 독자들의 수처리용 막분리기술에 대한 이해를 돕기 위하여 앞으로 3회에 걸쳐 1회: 막과 막분리 공정의 기본 설명, 2회: 막과 정수처리, 3회 막과 오/폐수처리의 순으로 연재할 것이다. 독자들의 이해를 돕기위하여 평이한 용어와 문장을 쓰려고 노력하였으며 3회의 연재가 이 기술의 정체를 파악하는데 도움이 되길 기대한다.
산업폐수는 종종 희석용액 내에 많은 유독성 물질을 함유하고 있다. 산업폐수를 처리하는 분리공정으로 역삼투막과 한외여과와 같은 막분리 기술은 분리 공정이 간단하고 상변화없이 폐수용량을 크게 감소시킬 수 있고 에너지 소모가 작은 장점을 가지고 있어 그 적용이 확산되고 있다. 계면활성제의 흡착성을 이용한 한외여과 막분리는 높은 막투과속도와 계면활성제의 높은 선택성이 결합된 것인데, Sodium Dodecyl Sulfate(SDS)와 같은 계면활성제를 이용하여 폐수로부터 불용성 중금속 이온과 독성의 유기물질을 분리하는 데에 적용할 수 있다. 임계미셀농도(CMC) 이상에서의 농도에서, 60~200 계면활성제 분자들이 거대분자나 미셀을 형성하면서 서로 응집된다. 그러므로 음으로 하전된 미셀과 결합된 금속 음이온은 2,000에서 10,000 범위의 분자량을 가지는데 역삼투막(RO)보다 작은 압력에서 상당히 큰 막투과속도를 가진 한외여과막에 의해 선택적으로 제거될 수 있다 본 연구의 목적은 중공사 한외여과막의 막투과속도에 미치는 인자들의 영향과, 계면활성제의 흡착성을 이용한 중공사 한외여과 막분리계 성능에 미치는 금속의 형태, S/M 몰비등의 효과를 결정하는데 있다.
본 연구에서는 순수 물에 탄소나노튜브를 분산시킨 나노유체를 작동유체로 하여 $60^{\circ}C$ 에서 정사각형 구리 평면 히터를 이용하여 핵 비등 열전달계수와 임계 열유속을 측정하였다. 탄소나노튜브의 체적비는 0.0001%, 0.001%, 0.01%까지 변화시켜 실험을 수행하였다. 탄소나노튜브는 고분자 물질을 사용하여 분산시키지 않고 탄소나노튜브에 직접 산화처리를 하여 분산시켰다. 실험 결과 나노유체의 열전달계수는 순수 물과 비교해 모든 체적비에서 증가하였다. 산화 처리를 한 탄소나노튜브는 비등이 일어나는 동안 열 경계층 안에서 열전도도가 큰 탄소나노튜브가 침착되지 않고 열전달 표면에 자주 접촉함으로써 열 경계층을 교란시켜 비등 열전달을 촉진시키는 것으로 사료된다. 임계 열유속은 체적비 0.001%에서 순수 물의 결과에 비해 150%까지 증가하였다. 이는 열전달 표면에서 탄소나노튜브가 매우 얇게 침착되어 생긴 나노 막으로 인해 거대한 기포막의 형성이 억제되고 핵 비등이 높은 열유속에서도 지속되어 임계 열유속이 증가하는 것으로 판단된다.
This study presents experimental results on the heat transfer coefficients in the film boiling region of spray cooling for actual metallurgical process. In this study, the heat flux distributions of a two dimensional dilute spray impinging on a hot plate were experimentally investigated. A stainless steel block was cooled down from intial temperature of about $800^{\circ}C$ by twin fluid (air-water) flat spray. It was found from the experimental results that the heat transfer area was classified into the stagnation region and wall-flow region. In the stagnation region, the experimental data of local heat transfer coefficient was closely correlated with the local droplet-flow-rate supplied from the spray nozzle directly. Thus, the local heat transfer coefficients are in good agreement with the predicted values from the correlations proposed by our previous study. In wall-flow region, however, remarkable differences are observed between experimental data and predicted values because the number of rebound droplets increase with increasing the distance from the stagnation point.
The local heat flux of spray cooling in the film boiling region were experimentally investigated for the spray region of $D_{max}$ = $0.005{\sim}0.03m^3/(m^2s)$. A twin-fluid full cone spray nozzle was employed for the experiment and the distributions of droplet flow rates were obtained for air-water full cone sprays. A stainless steel block was cooled down from initial temperature of about $800^{\circ}C$ by full cone spray. In the region near the stagnation point, it was found that the experimental data are in good agreement with the results predicted from the correlations between the local heat transfer and the local droplet flow rate proposed in the previous report. However, it was found that the experimental data of $D_r$ > $0.01m^3/(m^2s)$ are a little smaller than the results predicted from the correlations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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