• Title/Summary/Keyword: 열전달 감소

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Numerical Analysis of Natural Convection in Inclined Flat Plate Enclosures (경사진 평판형 밀폐 공간에서의 자연 대류 현상의 수치 해석)

  • Kim, Yong Hyun;Koh, Hak Kyun;Noh, Sang Ha
    • Journal of Biosystems Engineering
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    • v.10 no.1
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    • pp.24-38
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    • 1985
  • 경사진 밀폐 공간에서 마주 보는 두 벽면의 온도 차로 인하여 발생되는 자연 대류 현상은 여러 공학 분야에서 볼 수 있는 중요한 열전달 현상으로서, 최근 들어 평판형 태양열 집열기를 설계하려는 사람들에게 많은 관심의 대상이 되고 있다. 평판형 태양열 집열기의 경우 덮개판으로 부터의 대류 열손실을 감소시킴으로서 집열 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 사용목적에 따라 소형 집열기를 제작할 수 있어 경제적으로 유리하게 될 것이다. 밀폐된 공간에서 최초에 정지 상태에 있는 얇은 유체층을 하부에서 가열시켜 주면 열팽창 현상이 일어나고, 이것에 의한 부력이 점도나 열전도도 등의 안정화 요인을 극복할 수 있을 정도로 커지면 System이 불안정하게 되어 자연 대류 현상이 수반되며 이 때문에 열전달율이 급격히 증가하게 된다. 이러한 현상의 지배 방정식은 연립 비선형 편미분 방정식으로 특수한 경계 조건외에는 일반적으로 해석적 해를 구하기가 어렵기 때문에 실험적 연구가 많이 실시되어 왔고 이들 결과의 대부분은 전반적인 열전달 특성치만을 구하는데 집중되어 왔다. 본 연구에서는 수치 해석법의 하나인 유한 차분법을 도입하여 이차원으로 가정한 경사진 평판형 밀폐 공간에서의 자연 대류 현상의 지배 방정식을 유한 차분화시켜, $$2.74{\times}10^3\leq_-Gr\leq_-2.0{\times}10^6$$, Pr=0.73, $$15^{\circ}\leq_-a\leq_-150^{\circ}$$, 종횡비는 1, 2, 3, 5, 9에 대하여 정상 상태에서의 해를 구하면서 수치적으로 실험하였다. 본 연구에서 얻어진 결론을 요약하면 다음과 같다. (1) 해석적으로 구하기 어려운 경사진 밀폐 공간에서 자연대류현상의 지배 방정식을 유한 차분법으로 해결할 수 있으며, 대류항과 확산항을 따로 고려한 유한차분법이 효과적임을 확인하였다. (2) 저온과 고온 벽면에서의 온도를 각각 균일하게 놓고 단변으로 이루어진 벽면은 완전히 절연되어 있는 경우에 대하여 수치해를 구한결과, 이전의 해석적 및 실험적 결과와 일치하였으며, 시간의 경과에 따른 온도 및 유선의 변화를 현상학적으로 관찰할 수 있었다. (3) 평균 열전달 계수에 미치는 경사각의 효과를 살펴본 결과 종횡비가 1 인 경우 경사각이 $45^{\circ}$에서, 종횡비가 2, 3, 5, 9인 경우 경사각이 $60^{\circ}$에서 각각 평균 열전달 계수 최대치가 나타났다. (4) Ra수(Rayleigh number) 가 증가될수록, 경사각에 상관없이 평균 열전달 계수도 증가되었다. 한편 Ra수 및 경사각의 변화에 따라 종횡비가 증가될수록 평균 열전달 계수는 경사각이 $90^{\circ}$인 경우를 제외하고는 감소됨을 볼 수 있었다. 경사각이 $90^{\circ}$인 경우, 평균 열전달 계수는 종횡비가 2 인 곳에서 최대치를 얻을 수 있었으며, 종횡비가 계속 증가될수록 평균 열전달 계수는 점차 감소되어짐을 볼 수 있었다.

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Effects of Liquid Surface Tension on the Heat Transfer Coefficient in a Three-Phase Slurry Bubble Column (삼상슬러리 기포탑에서 액상의 표면장력이 열전달 계수에 미치는 영향)

  • Lim, Ho;Lim, Dae Ho;Jin, Hae-Ryong;Kang, Yong;Jung, Heon
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.50 no.3
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    • pp.499-504
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    • 2012
  • Characteristics of overall heat transfer were investigated in a three-phase slurry bubble column with relatively low surface tension media, which has been frequently encountered in the fields of industry. The heat transfer phenomena was examined in the system which was composed of a coaxial vertical heater and a proper of bubble column. The heat transfer coefficient was estimated from the measured mean value of temperature difference between the heater surface and the column proper at the steady state condition. Effects of gas velocity ($U_G$), solid fraction in the slurry phase ($C_S$) and surface tension (${\sigma}_L$) of continuous liquid media on the overall heat transfer coefficient (h) in the bubble column were determined. The mean value of temperature difference was estimated from the data of temperature difference fluctuations with a variation of time. The amplitude and mean value of temperature difference fluctuations with respect to the elasped time appeared to decrease with decreasing the surface tension of liquid phase. The overall heat transfer coefficient between the immersed heated and the bubble column increased with an increase in the gas velocity or solid fraction in the slurry phase, but it decreased with an increase in the surface tension of continuous liquid media. The overall heat coefficient in the slurry bubble column with relatively low surface tension media was well correlated in term of operating variables and dimensionless groups within this experimental conditions.

Pressure Drop Reduction and Heat Transfer Increase with Rheological Fluid Flows in a Circular Conduit (원형 도관 내에서의 유변 유체에 대한 압력손실 감소 및 열전달 증가)

  • Lee, D.R.
    • Journal of Power System Engineering
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    • v.16 no.1
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    • pp.51-57
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    • 2012
  • 본 연구는 컴팩트한 열교환기의 설계를 위하여 열교환기 내의 원형 단면 도관의 유변 유체의 압력 강하 및 대류 열전달률을 수치해석적으로 수행하였다. 유변 유체의 구성방정식은 기존의 비뉴톤 유체 멱법칙을 보완한 수정 멱법칙 모델을 채택하였다. 도관 내의 압력강하를 의미하는 마찰계수와 수정 레이놀즈 수의 곱은 기존 문헌치와 비교할 때 뉴톤 유체 영역과 유변 멱법칙 영역에서 각각 0.01% 및 0.004% 내에서 일치함을 보였고 유변 수정멱법칙 유체 모델의 형태를 띠는 유변 유체를 열교환기 내의 원형 단면 도관 내에서 사용하면 뉴톤 유체보다 최대 58%의 압력강하를 감소시켰고 최대 9%의 대류 열전달 증가을 발생시킬 수 있었다.

Flow Characteristics of Acoustically Excited Axisymmetric Impinging Jet (음향여기된 축대칭 충돌제트의 유동 특성)

  • 조형희;이창호
    • Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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    • v.1 no.2
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    • pp.32-40
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    • 1997
  • The velocity and turbulent intensity of the jet core are affected by the vortices around jet. By the control of vortex acoustically, we can expect the changes of the flow and heat transfer characteristics of free and impinging jets. On this paper, we studied the effects of vortex forcing. If vortex pairings are promoted by acoustic excitation, the turbulent intensity is increased and the high heat transfer coefficients are obtained at the small nozzle to plate distance. On the other hand, it has low turbulent intensity at the center of jet. However due to increase of potential core length, it is more effective at the large nozzle to plate distance. Therefore the excited frequency, especially its subharmonic frequency, has an important role to control the jet flows.

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Effects of Drag Models on the Hydrodynamics and Heat Transfer in a Conical Fluidized Bed Combustor (원추형 유동층 연소기의 수력학적 특성 및 열전달에 항력 모델이 미치는 영향에 대한 연구)

  • Kang, Seung Mo;Abdelmotalib, Hamada;Ko, Dong Guk;Park, Woe-Chul;Im, Ik-Tae
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • v.39 no.11
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    • pp.861-869
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    • 2015
  • In this study, wall to bed heat transfer and hydrodynamic characteristics in a conical fluidized bed combustor was investigated using computational fluid dynamics method. A two-fluid Eulerian-Eulerian model was used with applying the kinetic theory for granular flow(KTGF). The effects of the two drag models, Gidaspow and the Syamlal-O'Brien model, different inlet velocities($1.4U_{mf}{\sim}4U_{mf}$) and different particle sizes on the hydrodynamics and heat transfer were studied. The results showed that the hydrodynamic characteristics such as bed expansion ratio and pressure drop were not affected significantly by the drag models. But the heat transfer coefficient was different for the two drag models, especially at lower gas inlet velocities and small particle sizes.

Numerical Study on Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics in a Horizontal Channel with Dimple and Protrusion Arrays (딤플과 돌출이 설치된 수평채널의 열전달 및 압력강하 특성에 관한 수치해석적 연구)

  • Kim, Ji-Hoon;Heo, Joo-Nyoung;Shin, Jee-Young;Son, Young-Seok
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • v.36 no.1
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    • pp.57-63
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    • 2012
  • In this study, numerical analyses were performed on pressure drop and heat transfer characteristics in a rectangular horizontal channel with dimple and protrusion arrays of different height. The dimples/protrusions were installed at both top and bottom walls of the rectangular channel. The dimple and protrusion depths are 0.125, 0.2, 0.25, 0.3, and 0.375 times diameter. In case of the dimple, the highest Nusselt number occurred at the rear side of the dimple, and the average Nusselt number tended to decrease slightly with increase of depth. In case of protrusion, on the other hand, the highest Nusselt number occurred at the front side of the protrusion, and the average Nusselt number was increased with the increase of height. In both dimple and protrusion, the average Nusselt number and pressure drop were increased with the increase of velocity. Performance factor was decreased with the increase of velocity, and it was found that the best performance factor was obtained in the low velocity region.

Measurement and Comparison of Overall Heat Transfer Coefficients for Greenhouse Covering Materials with Thermal Screens (온실용 피복재 및 보온재의 관류열전달계수 측정 및 비교)

  • Diop, Souleymane;Lee, Jong Won;Lee, Hyun Woo
    • Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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    • v.56 no.4
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    • pp.41-51
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    • 2014
  • 천공복사를 구현할 수 있는 관류열전달계수 측정용 실내실험장치를 제작하고 국내에서 사용되고 있는 온실 피복재 및 보온재의 관류열전달계수를 측정하여 실외실험에서 측정된 결과와 비교하여 타당성을 평가하였다. 외부피복은 0.1 mm 두께의 폴리에틸렌 필름을 사용하여 일중 및 이중피복으로 처리하였다. 이중외부피복조건의 경우 4가지 종류의 보온재를 처리하여 총 6가지 피복처리에 대하여 실험을 실시하였다. 모든 피복처리조건에 대하여 야간복사 유무에 따른 관류열전달계수 측정실험이 수행되었다. 천공복사의 유무에 따라 온실피복재의 관류열전달계수의 변화 경향이 크게 차이가 있었기 때문에 실내실험을 통해 관류열전달계수를 측정하기 위해서는 반드시 실제의 천공복사를 구현할 수 있는 실험장치가 필요할 것으로 판단된다. 실내 실험결과와 실외 실험결과가 비교적 잘 일치하였으며 실내실험장치를 이용하여 관류열전달계수를 측정하는 것이 타당성이 있음을 확인할 수 있었다. 천공복사 유무에 따른 관류열전달계수의 차이는 핫박스 내외부의 온도차이가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다.

Heat Transfer in Bubble Columns with High Viscous and Low Surface Tension Media (고점성 낮은표면장력 매체 기포탑에서 열전달)

  • Kim, Wan Tae;Lim, Dae Ho;Kang, Yong
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.52 no.4
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    • pp.516-521
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    • 2014
  • Axial and overall heat transfer coefficients were investigated in a bubble column with relatively high viscous and low surface tension media. Effects of superficial gas velocity (0.02~0.1 m/s), liquid viscosity ($0.1{\sim}0.3Pa{\cdot}s$) and surface tension ($66.1{\sim}72.9{\times}10^{-3}N/m$) on the local and overall heat transfer coefficients were examined. The heat transfer field was composed of the immersed heater and the bubble column; a vertical heater was installed at the center of the column coaxially. The heat transfer coefficient was determined by measuring the temperature differences continuously between the heater surface and the column which was bubbling in a given operating condition, with the knowledge of heat supply to the heater. The local heat transfer coefficient increased with increasing superficial gas velocity but decreased with increasing axial distance from the gas distributor and liquid surface tension. The overall heat transfer coefficient increased with increasing superficial gas velocity but decreased with increasing liquid viscosity or surface tension. The overall heat transfer coefficient was well correlated in terms of operating variables such as superficial gas velocity, liquid surface tension and liquid viscosity with a correlation coefficient of 0.91, and in terms of dimensionless groups such as Nusselt, Reynolds, Prandtl and Weber numbers with a correlation of 0.92; $$h=2502U^{0.236}_{G}{\mu}^{-0.250}_{L}{\sigma}^{-0.028}_L$$ $$Nu=325Re^{0.180}Pr^{-0.067}We^{0.028}$$.

Pool Boiling Heat Transfer in a Vertical Annulus with a Longer Outside Tube (외부 튜브 길이가 긴 수직 환상공간 내부의 풀비등 열전달)

  • Kang, Myeong-Gie
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • v.36 no.8
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    • pp.775-782
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    • 2012
  • To investigate pool boiling heat transfer in a vertical annulus with closed bottoms, the length of an outer tube was varied between 0.3 and 0.6 m. For the test, a heated tube of 0.2-m length and 19.1-mm diameter and water at atmospheric pressure were used. To elucidate the effects of the outer tube length on heat transfer, the results for the annulus were compared with data for a single unrestricted tube. The increase in the outer tube length resulted in an increase or decrease in heat transfer depending on the gap size. This tendency is mainly attributed to the difference in the intensity of liquid agitation.

Influence of the Geometry on the Natural Convection Heat Transfer inside a Vertical Cylinder (수직 원형관내 자연대류 열전달에서 기하구조의 영향)

  • Ohk, Seung-Min;Chung, Bum-Jin
    • Journal of Energy Engineering
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    • v.24 no.1
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    • pp.97-103
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    • 2015
  • Natural convection heat transfer rates in vertical pipes were measured varying the diameter, length, and roughness of vertical cylinder. To achieve high Rayleigh number with relatively small test rig, mass transfer experiments instead of heat transfer were performed based on the analogy. Prandtl number was 2,014. The length of vertical cylinder was 0.1m, 0.3m, and 0.5m, which correspond to GrL $4.2{\times}10^7$, $1.1{\times}10^9$, and $5.5{\times}10^9$. To each length of vertical cylinder, the heat transfer rates were measured varying the iameter 0.005m, 0.01m, and 0.03m. The heat transfer rate for a short length pipe(0.1m) agreed with the prediction from Le Fevre correlation developed for a vertical plate for all diameter. The heat transfer rate decreases as the diameter and the length of the pipe increases. The heat transfer rate inside of vertical cylinder is affected by roughness only for a laminar flow regime.