A compact air-preheating type heat exchanger was developed and tested for the ultra-high temperature heat recovery applications. For the direct use of exhaust gases up to $1200^{\circ}C$, the heat exchanger adopted a ceramic core with high strength and low thermal expansion coefficient less than $1{\times}10^{-6}^{\circ}C^{-1}$. The ceramic core was fabricated by special extrusion and bonding techniques. To minimize thermal stresses in the core, spring-loaded sealing mechanism was designed and successfully installed. 1-pass air flow scheme was adopted for the compactness and cost-savings. The pressure test for the ceramic core showed no failure under 35 kPa and less than 3% leak under 7 kPa. Flue gas simulation system was developed to investigate the performance of the heat exchanger. The test results showed normal operations of the heat exchanger up to $1200^{\circ}C$ of exhaust gases and relatively high heat recovery efficiencies of 31~39% depending upon exhaust gas temperatures..
Miniature Joule-Thomson refrigerators have been widely used for rapid cooling of infrared detectors, probes of cryosurgery, thermal cameras, missile homing head and guidance system, due to their special features of simple configuration, compact structure and rapid cool-down characteristics. The thermodynamic performance of J-T refrigerator highly depends on the hydraulic and heat transfer characteristics of the recuperative heat exchanger. The typical recuperative heat exchanger of the J-T refrigerator has the double helical tube and fin configuration. In this study, effectiveness-NTU approach was adopted to predict the thermodynamic behaviors of the heat exchanger for the J-T refrigerator. The thermodynamic properties from the REFPROP were used to account the real gas effects of the gas. The results show the effect of the operating conditions on the performance of the heat exchanger and refrigerator for the given heat exchanger. The influences of mass flow rate and the supply pressure on the effectiveness of heat exchanger and the ideal cooling capacity are discussed in details.
본 연구에서는 열의 수가 세 개인 원형관 및 종횡비가 고려된 납작관-평판휜 형상의 밀집형 열교환기 내 공기의 유동 및 열전달 특성을 RNG $k-{\varepsilon}$ 난류모델을 적용하여 수치적으로 해석하였다. 수치조건의 범위는 원형관인 경우 1,000<$Re_D_h$<10,000이며, 납작관인 경우 1,000<$Re_{D_h}$<10,000 및 3.06$f\;=\;CRe^m_{D_h}$의 형태로, Colburn j 계수는 $j\;=\;CRe^m_{D_h}$ 형태로 상관관계식을 제시하였다. 이러한 상관관계식은 향후 원형관 및 납작관-평판휜 형상의 열교환기 설계시에 기본적인 자료로 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권6호
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pp.453-457
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2016
발전 플랜트, 석유 화학 플랜트, 단위 공장과 같은 다양한 산업 플랜트에서, 사용 후 스팀이나 잉여 스팀을 이용하여 온수나 급탕수를 만드는 시스템의 수요가 증가하고 있다. 스팀을 사용하여 온수를 제조하는 장치인 컴팩트 스팀 유닛(Compact Steam Unit, 이하 CSU)가 에너지 재활용 측면에서 좋은 대안이 되고 있다. 본 연구에서는 고압 CSU 개발을 위한 기초 연구로서, CSU의 핵심 부품인 열교환기로 기존 판형 열교환기 대신 하이브리드 열교환기를 적용하여 위해, 실험적인 방법으로 하이브리드 열교환기의 전열 특성을 파악하고자 하였다. 실험 결과, 온수측과 냉수측 사이의 열 평형은 ${\pm}5%$ 이내를 만족하였다. 레이놀즈 수가 증가함에 따라, 총괄 열전달 계수는 선형적으로 증가하였으며, 채널 유속 0.5 m/s 이상에서 총괄 열전달 계수는 개발 목표치인 $5,524W/m^2K$를 초과하였다. 레이놀즈 수가 증가함에 따라, 압력 강하 또한 증가하였으며, 단위 길이당 압력 강하값은 유속 0.5 m/s에서 50 kPa/m 이하였다.
Effectiveness of a 3-pass plate finned-tube heat exchanger is calculated using heat exchangelet method by changing the shape of fin and the arrangement of tubes. The alternative refrigerant R134a is taken in this study. Conduction between neighboring tubes along the fin is taken into account in addition to convection between the fin and the surrounding air. Governing equations are obtained by using energy balance in a small control volume containing a tube and fins. They are numerically solved following the tube. Effect of tube-to-tube conduction is investigated in single-phase and two-phase flows with various fin shapes and arrangements of tubes. Improvement of effectiveness by fin perforation is studied too. The results shows that perforating fins, increasing the number of tubes, and increasing the distance between neighboring tubes at the same fin area enhance the effectiveness.
헬리컬 코일이 덕트 내부에 있을 때, 기울기에 따른 자연대류 열전달을 실험적으로 측정하였다. 고부력 조건을 구현하기 위하여 유사성에 기초하여 열전달 실험을 대신하여 물질전달 실험을 수행하였다. RaD 수 $4.55{\times}10^6$에서, 턴(Turn) 수를 1~10, P/D를 1.3~5, 헬리컬 코일의 기울기를 $0^{\circ}{\sim}90^{\circ}$까지 변화시켰다. 헬리컬 코일의 턴 수가 1일 때, 측정된 $Nu_D$ 수는 McAdams의 수평관 자연대류 열전달 상관식과 거의 일치하였다. 기울어진 덕트 내 헬리컬 코일의 자연대류 열전달은 피치, 턴 수, 덕트 높이에 따라 복합적으로 변화하였고 이는 속도 효과, 굴뚝 효과, 예열 효과로 분석되었다. 본 연구의 결과는 Compact heat exchanger에서의 자연대류 열전달에 대한 현상학적 분석에 기여한다.
Our lab designs a heat exchangers for air and carbondioxide gas. Coolant is water, thus it is very difficult to determine heat transfer parameters in this gas-liquid system. Repeated experiments gives overdesign value 35%, overall heat transfer coefficient $33.8(kcal/m2-hr-^{\circ}C)$ for carbondioxide. Another series of experiments determine overdesign 18.7%, overall heat transfer coefficient $21.4(kcal/m2-hr-^{\circ}C)$ for Air. These parameters are in same range of literature. Overdesign is increasing as tube length increases, also increases as wall thickness of heat exchanger increases. To get proper fluid linear velocity in heat exchanger, we change the diameter of tube and finally we can have optimum fluid linear velocity in the heat exchanger.
Nowadays Plate Heat Exchanger (PHE) is widely used in different industries such as chemical, food and pharmaceutical process and refrigeration due to the efficient heat transfer performance, extreme compact design and efficient use of the construction material. In present work, PHE is applied in the fresh water generator system. Fresh water generators or desalinators are installed in ship to convert seawater to fresh water using heat from engines. PHE is an important part of a condensing or evaporating system. Among many of factors which should be concentrated on, the heat transfer and pressure drop is most important parts during sizing and rating the performance of PHE. Flow maldistribution is common but it will significantly reduce the heat exchanger performance. In this paper provide a overview of PHE cover basic of theory and conduct a numerical approach for flow distribution in plate channel. An experimental study on the performance of fresh water generator system which developed by plate heat exchanger will presented in future research. Thus, extensive experiment and analysis is required to study the thermal and fluid flow characteristics of PHE.
Recently, CNC lathe is in need of higher speed for precision works. So more intensive and compact heat exchanger is necessary to cool down the heat in short time from drills and works during high speed working. In this study, to increase heat transfer coefficient per unit volume, inner groove tube is designed and compact oil cooler, 57% volume of conventional type, is manufactured. The heat transfer performance is experimented and is compared with the performance of conventional type.
The optimum design of a heat exchanger with porous media insertion is studied in this paper. It is considered that the aluminum foam metal is inserted in a flat plate channel and air flows through it. The influence of the microstructure of the foam metal on the pressure drop and heat transfer is investigated utilizing previous analytical results and existing correlation equations. Design parameters are identified as the unit-cell size and the ligament thickness of the porous medium, and their effects are examined. The results show that there exists optimum microstructure of the porous media maximizing heat transfer with a constant pressure drop. When the increase in the pressure drop is within a practically acceptable range, the increase in the heat transfer is dominated by the increase in the heat transfer area due to the porous medium insertion. Consequently, among the porous media with a constant pressure drop, the heat transfer is maximized with a microstructure with maximum specific surface area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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