• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2005년도 전기학술대회논문집
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• pp.189-194
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• 2005

The evaporation heat transfer and pressure drop of $CO_2$ in a small diameter tube was investigated experimentally. The experiments were conducted without oil in a closed refrigerant loop which was driven by a magnetic gear pump. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater and evaporator(test section). The test section was made of a horizontal stainless steel tube with the inner diameter of 4.57 mm, and length of 4 m. The experiments were conducted at mass flux of 200 to 700 $kg/m^2s$, saturation temperature of $0^{\circ}C$ to $20^{\circ}C$, and heat flux of 10 to 20 $kW/m^2$ . The test results showed the evaporation heat transfer of $CO_2$ has great effect on more nucleate boiling than convective boiling. The evaporation heat transfer coefficients of $CO_2$ are highly dependent on the vapor quality, heat flux and saturation temperature. The evaporation pressure drop of C02 are highly dependent on the mass flux. In comparison with test results and existing correlations, correlations failed to predict the evaporation heat transfer coefficient and pressure drop of $CO_2$, therefore, it is necessary to develop reliable and accurate predictions determining the evaporation heat transfer coefficient and friction pressure drop of $CO_2$ in a horizontal tube.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2005년도 하계학술발표대회
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• pp.85-85
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• 2005

• 설비공학논문집
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• 제16권7호
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• pp.645-651
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• 2004

Fin-tube evaporator for carbon dioxide has been investigated both by experiment and simulation. Inside refrigerant heat transfer and outside heat and mass transfer of a wet surface heat exchanger were modeled using appropriate correlations. The results estimated by the calculation were in good agreement with the experimental results. The simulation errors were less than 7.9% for estimating capacity, 0.6$^{\circ}C$ for air exit temperature, 1.2% for air exit humidity and 17% for $CO_2$ exit pressure. The simulation program was used to study the effect of air flow direction, number of rows and refrigerant circuits. For a 2-row evaporator, parallel flow showed better performance for low air velocity but for high air velocity, counter-flow was better. Refrigerant circuits, however, showed insignificant effect on the performance.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제31권6호
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• pp.707-714
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• 2007

The heat transfer coefficient and Pressure drop during gas cooling process of $CO_2$ (R-744) in inclined helical coil copper tubes were investigated experimentally. The main components of the refrigerant loop are a receiver. a variable-speed pump. a mass flow meter, a pre-heater and a inclined helical coil type gas cooler (test section). The test section consists of a smooth copper tube of 2.45mm inner diameter. The refrigerant mass fluxes were varied from 200 to $600[kg/m^2s]$ and the inlet Pressures of gas cooler were 7.5 to 10.0 [MPa]. The heat transfer coefficients of $CO_2$ in the inclined helical coil tubes increases with the increase of mass flux and gas cooling pressure of $CO_2$. The pressure drop of $CO_2$ in the gas cooler shows a relatively good agreement with those Predicted by Ito's correlation developed for single-phase in a helical coil tube. The local heat transfer coefficient of $CO_2$ agrees well with the correlation by Pitla et al. However, at the region near pseudo-critical temperature. the experiments indicate higher values than the Pitla et al. correlation. Therefore. various experiments in the inclined helical coil tubes have to be conducted and it is necessary to develop the reliable and accurate prediction determining the heat transfer and pressure drop of $CO_2$ in the inclined helical coil tubes.

• 태양에너지
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• 제15권3호
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• pp.91-103
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• 1995

튜브 내의 입구영역에서 대류와 비회복사(mon-gray radiation)가 동시에 일어날 때의 열전달 특성을 수치해석적으로 연구하였다. 작동유체는 이산화탄소, 수증기, 질소의 혼합가스라 하였고, 유동은 속도장과 온도장이 동시에 발달하는 층류 유동으로 가정하였다. 복사전달방정식을 풀기 편하게 하기 위해 P-1 근사법이 사용되었고 혼합가스의 비회흡수계수(non-gray sbsorption coefficient)는 지수광폭밴드모형(exponential wide band model)을 이용해서 구하였다. 열전달 특성에 대한 온도조건의 영향을 조사하기 위해 튜브의 축방향에 대한 평균온도와 뉴셀트수(Nusselt number)의 변화를 몇 가지 다른 온도조건에 대해 나타내었다. 속도장과 온도장이 동시에 발달하는 경우의 뉴셀트수를 속도장은 완전히 발달되어 있고 온도장만 발달하는 경우의 뉴셀트 수와 비교하였다. 또한, 가스의 성분조성이 대류와 비회복사 뉴셀트수에 미치는 영향을 조사하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제33권6호
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• pp.827-834
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• 2009

The cooling heat transfer coefficient of $CO_2$ in a brazing type small diameter tube was investigated experimentally. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a $CO_2$ compressor, a mass flow meter, an evaporator and a brazing type small diameter tube as a test section. The mass flux of $CO_2$ is $400{\sim}1600$ [kg/$m^2s$], the mass flowrate of coolant were varied from 0.15 to 0.3 [kg/s], and the cooling pressure of gas cooler were from 8 to 10 [MPa]. The cooling heat transfer coefficients of the brazing type small diameter copper tube is about $4{\sim}11.7%$ higher than that of the conventional type small diameter copper tube. In comparison with test results and existing correlations, correlations failed to predict the cooling heat transfer coefficient of $CO_2$ in a brazing type small diameter copper tube. therefore, it is necessary to develope reliable and accurate predictions determining the cooling heat transfer coefficient of $CO_2$ in a brazing type small diameter copper tube.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제9권3호
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• pp.574-579
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• 2008

수평관내 $CO_2$의 증발 열전달 계수를 실험적으로 조사하였다. 냉매 순환루프의 주요 구성품은 수액기, 변속냉매 펌프, 질량 유량계, 예열기, 증발기(시험부)로 구성된다. 시험부는 내경 4.57 mm의 수평 평활 스텐레스관이다. 실험은 질량유속 $400{\sim}900kg/m^2s$, 포화온도 $5{\sim}20^{\circ}C$, 열유속 $10{\sim}40kW/m^2$인 조건에서 수행하였다. 실험결과로부터 $CO_2$의 열전달은 대류비등보다는 핵비등에 더 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었고, $CO_2$의 질량유속은 핵비등에 많은 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 실험결과와 종래의 상관식을 비교해 본 결과, 기존의 상관식은 실험데이터를 과소예측하였지만, 정 등의 상관식은 좋은 일치를 보였다. 따라서, 수평관내 $CO_2$의 증발 열전달 계수를 예측할 수 있는 정확한 상관식의 개발이 필요하리라 판단된다.

• 설비공학논문집
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• 제7권4호
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• pp.667-680
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• 1995

튜브 내의 입구영역에서 난류 유동에 의한 대류와 비회복사(non-gray radiation)가 동시에 일어날 때의 열전달특성을 수치해석적으로 연구하였다. 작동유체는 이산화탄소, 수증기, 질소의 혼합가스라고 가정하였다. 지배방정식을 계산하기 위해 유한차분법이 이용되었고, 복사전달방정식을 이차편미분방정식으로 바꾸기 위해 P-1 근사법이 사용되었다. 그리고 혼합가스의 비회흡수계수(non-gray absorption coefficient)는 지수광폭밴드모형(exponential wide band model)을 이용해서 구하였다. 열전달특성에 대한 온도조건의 영향을 조사하기 위해 튜브의 축방향에 대한 평균 온도와 뉴셀트수(Nusselt number)의 변화를 몇 가지 다른 온도조건에 대해 나타내었다. 또한, 가스의 성분조성에 대한 영향을 조사하였으며, 이러한 결과에 기초해서 튜브 내에서 난류유동에 의한 대류와 비화복사가 동시에 일어날 때의 복사 뉴셀트수를 쉽게 예측할 수 있는 방법을 제시하였다.

• 에너지공학
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• 제17권2호
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• pp.116-123
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• 2008

본 연구에서는 $CO_2$ 열펌프에 사용되는 내부 열교환기를 난방조건에서 운전할 경우, 실험 및 수치적 방법으로 열전달량, 효율, 압력강하 등을 관찰하였다. 4가지 종류의 내부 열교환기를 사용하였다. 수치 해석은 단면분할법과 하디크로스 방법을 이용하여 유량, 길이, 운전조건, 내부 열교환기 종류에 따른 영향을 분석하고 실험을 통해 확인하였다. 유량이 증가함에 따라 열전달량이 약 25% 향상되었다. 마이크로 채널이 동심관에 비해 열전달량이 약 100% 크게 나타났다. 길이가 증가함에 따라 열전달 증가율은 감소하였다. 압력강하는 고압측에 비해 저압측이 크게 나타났으며, 동심관에 비해 마이크로 채널이 약 100% 크게 나타났다. 고온입구조건이 증가할수록, 저온입구조건이 감소할수록 열전달량은 약 3% 증가하였다. $CO_2$의 열전달 계산의 정확성을 위해 $CO_2$의 특성과 관형상을 고려할 수 있는 열전달 상관식의 개발이 필요하다.

• 설비공학논문집
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• 제15권4호
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• pp.274-286
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• 2003

Numerical simulations are performed to investigate the turbulent convective heat transfer of the supercritical carbon dioxide flows in vertical and horizontal square ducts. The gas cooling process at the supercritical state experiences a sudden change in thermodynamic and transport properties. This results in the extraordinary variations of the heat transfer coefficients in the supercritical state, which are much different from those of single or two phase flows. Algebraic second moment closure which can include the effects of large thermophysical property variations of carbon dioxide and of buoyancy is employed to model the Reynolds stresses and turbulent heat fluxes in the governing equations. The previous correlations for the turbulent heat transfer coefficient for the supercritical carbon dioxide flows couldn't reflect the buoyancy effect. The present results are used to establish a new heat transfer coefficient correlation including the effects of large thermophysical property variation and buoyancy on in-duct cooling process of supercritical carbon dioxide.