Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권5호
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pp.558-566
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2007
The performance characteristics of water-chilling heat pump using $CO_2$ with respect to variation of refrigerant charge amount was investigated experimentally. An experimental apparatus is consisted of a compressor, a gas cooler, an expansion valve, an evaporator and a liquid receiver. All heat exchangers used in the test rig are counter-flow-type heat exchangers with concentric dual tubes, which are made of copper. The gas cooler and the evaporator consist of 6 and 4 straight sections respectively arranged in parallel, each has 2400 mm length. The experimental results summarize as the followings : As the refrigerant charge ratio of $CO_2$ heat pump system increases, the discharge pressure and compressor ratio increases, but mass flow rate of refrigerant decreases. Also the compressor work increases with the increase of refrigerant charge ratio. However, the heating and cooling capacity of $CO_2$ heat pump decreases as the refrigerant charge ratio increases. The maximum heating COP of $CO_2$ heat pump system presented at 0.25 refrigerant charge ratio. It is possible to confirm the optimum charge ratio of $CO_2$ heat pump system by the viewpoint of heating COP.
In order to use the natural thermal energy as much as possible for greenhouse heating, the air-air heat pump system involved PCM(phase change material) latent heat storage system was composed, and three types of greenhouse heating system(greenhouse system, greenhouse-PCM latent heat storage system, greenhouse-PCM latent heat storage-heat pump system) were recomposed from the greenhouse heating units to analyze the heating characteristics. The results could be concluded as follows; 1) In the greenhouse heated by the heat pump under the solar radiation of 406.39W/$m^2$, the maximum PCM temperature in the latent heat storage system was 24$^{\circ}C$ and the accumulated thermal energy stored in PCM mass of 816kg during the daytime was 100,320kJ. In the greenhouse without heat pump under the maximum solar radiation of 452.83W/$m^2$, the maximum PCM temperature in the latent heat storage system was 22$^{\circ}C$ and the accumulated thermal energy stored during the daytime was 52.250kJ. 2) In the greenhouse-PCM system without heat pump the heat stored in soil layers from the surface to 30cm of the soil depth was 450㎉/$m^2$. 3) In all of the greenhouse heating systems, the difference between the air temperature in greenhouse and the ambient temperature was about 20~23$^{\circ}C$ in the daytime. In the greenhouse without heat pump and PCM latent heat storage system the difference between the ambient temperature and the air temperature in the greenhouse was about 6~7$^{\circ}C$ in the nighttime, in the greenhouse with only PCM latent heat storage system the temperature difference about 7~13$^{\circ}C$ in the nighttime and in the greenhouse with the heat pump and PCM latent heat storage system about 9~14$^{\circ}C$ in the nighttime.
Simulation study of a solar hybrid heat pump using R744 and R22 for residential applications was carried out according to heat pump operating temperature, outdoor temperature and solar radiation. As a result, when the heat pump operating temperature increases from $40^{\circ}C$ to $48^{\circ}C$, the COP of a R744 and R22 heat pump system decrease from 2.15 to 1.7 and from 3.09 to 2.69, respectively. Besides, as the outdoor temperature rises from $3^{\circ}C$ to $11^{\circ}C$, the COP of R744 and R22 heat pump system increase from 1.73 to 2.12 and from 2.73 to 3.02. When the solar radiation increases from 10 to 20 $MJ/m^2$, the collector operating time and collector efficiency of R744 heat pump increase 10.3 times and 50.7%, respectively. The performance of R744 solar hybird heat pump is more sensitive to operation condition compared to that of R22. Besides, the solar heating system is more effective to the R744 heat pump system.
An experimental study has been conducted to evaluate the effects of $CO_{2}$ on heat transfer from hydrogen oxygen-enriched flame. Experiments were performed on flames stabilized by a co-flow swirl burner, which mounted on top of the furnace. Five composition conditions of oxidizer were chosen with replacing $N_{2}$ with $CO_{2}$. In a steady state, total and radiative heat flux rates from the flame to the wall of furnace has been measured using heat flux meters. Temperature distribution in furnace also has been checked. Increasing $CO_{2}$ ratio in the oxidizer, the dominant heat transfer mode was changed into convection from radiation. Temperature in the furnace decreased but total heat flux increased.
Evaporation heat transfer characteristics of $CO_2$/propane mixtures in horizontal smooth and micro-fin tubes have been investigated by experiment. The experiments were carried out for several test conditions of mass fluxes, heat fluxes, compositions of $CO_2$/propane refrigerant mixtures and tube geometries. Direct heating method was used for supplying heat to the refrigerant where the test tube was uniformly heated by electric current which was applied to the tube wall. Heat transfer coefficient data during evaporation process of $CO_2$/propane mixtures were measured for 5 m long smooth and micro-fin tubes with outer diameters of 5 mm, respectively. The tests were conducted at mass fluxes of 318 to 997 $kg/m^2s$, heat fluxes of 6 to 20 $kW/m^2$ and for several mixture compositions (100/0, 75/25, 50/50, 25/75, 100/0 by wt% of $CO_2$/propane). The differences of heat transfer characteristics between smooth and micro-fin tubes for various compositions of $CO_2$/propane refrigerant mixtures and the effect of mass flux, and heat flux on enhancement factor (EF) and penalty factor (PF) were presented.
본 연구는 가정용 보일러의 연소실 전산유동해석을 통해 연소실 내부의 온도분포 및 유동형태를 해석하였다. 전산해석을 통해 연소실의 열교환기 구조변화에 따른 효율향상 및 배기가스 발생 특성을 예측하였다. 2단 열교환기 장착시 연소실 내부의 온도를 하강시킴으로서 연소가스의 고온영역 체류시간 감소로 Thermal NOx의 생성이 억제되어 NOx의 발생량이 감소할 것으로 예측되었다. 효율면에서는 2단 열교환기 장착 시 1단 열교환기에 비해 약 24%의 효율이 상승하였다. 반면에 2단 열교환기 장착 시 약 10%의 압력손실이 증가하는 것으로 확인되었다.
Based on the monthly weather report of Korea Meteorological Administration (KMA) and daily sea surface temperature (SST) data from National Fisheries Research and Development Institute (NFRDI) in 2006, heat budget was estimated at Gampo in the eastern coast of Korea, the region occuring the cold water known as upwelling in summer. Net heat flux was transported from the air to the sea surface during February to November, and it amounts to $345Wm^{-2}$ in monthly mean value. During December to January, the transfer of net heat flux was conversed from the sea surface to the air with $-56Wm^{-2}$ in minimum of monthly mean value in January. Long wave radiation was ranged from $6Wm^{-2}\;to\;106Wm^{-2}$. Sensible heat was varied from $-36Wm^{-2}$(June) to $61Wm^{-2}$(February) and showed negative values from April to August. Latent heat showed $20Wm^{-2}$(July) with its minimum in July and $49Wm^{-2}$ with its maximum in March in monthly mean value. The annual mean of net heat flux is $129Wm^{-2}$, giving an annual heat surplus of $22Wm^{-2}$. Thus, during summer, the upwelled cold water at Gampo, appears to compensate the heat gain. However the ways in which these compensations are accomplished remains to be clarified.
Specific heat of a crystal is the sum of electronic specific heat, which is the specific heat of conduction electrons, and lattice specific heat, which is the specific heat of the lattice. Since properties such as crystal structure and Debye temperature do not change even in the superconducting state, the lattice specific heat may remain unchanged between the normal and the superconducting state. The difference of specific heat between the normal and superconducting state may be caused only by the electronic specific heat difference between the normal and superconducting states. Critical temperature, at which transition occurs, becomes lower than $T_{c0}$ under the influence of a magnetic field. It is well known that specific heat also changes abruptly at this critical temperature, but magnetic field dependence of jump of specific heat has not yet been developed theoretically. In this paper, specific heat jump of superconducting crystals at low temperature is derived as an explicit function of applied magnetic field H by using the thermodynamic relations of A. C. Rose-Innes and E. H. Rhoderick. The derived specific heat jump is compared with experimental data for superconducting crystals of $MgCNi_3$, $LiTi_2O_4$ and $Nd_{0.5}Ca_{0.5}MnO_3$. Our specific heat jump function well explains the jump up or down phenomena of superconducting crystals.
In this study, we evaluated the model performance with respect to Sea Surface Temperature (SST) and Net Heat Flux (NHF) by considering the characteristics of seasonal temperature variation and contributing factors and by analyzing heat budget terms in the Northwestern Pacific and East Asian Marginal Seas ($110^{\circ}E-160^{\circ}E$, $15^{\circ}N-60^{\circ}N$) using the HadGEM2-AO historical run. Annual mean SST of the HadGEM2-AO is about $0.065^{\circ}C$ higher than observations (EN3_v2a) from 1950 to 2000. Since 1960, the model has simulated well the long-term variation of SST and the increasing rate of SST in the model ($0.014^{\circ}C/year$) is comparable with observations ($0.013^{\circ}C/year$). Heat loss from the ocean to the atmosphere was simulated slightly higher in the HadGEM2-AO than that in the reanalysis data on the East Asian Marginal Seas and the Kuroshio region. We investigated the causes of temperature variation by calculating the heat budget equation in the two representative regions. In the central part of the Kuroshio axis ($125^{\circ}E-130^{\circ}E$, $25^{\circ}N-30^{\circ}N$: Region A), both heat loss in the upper mixed layer by surface heat flux and vertical heat advection mainly cause the decrease of heat storage in autumn and winter. Release of latent heat flux through the heat convergence brought about by the Kuroshio contributes to the large surface net heat flux. Positive heat storage rate is mainly determined by horizontal heat advection from March to April and surface net heat flux from May to July. In the central part of the subtropical gyre ($155^{\circ}E-160^{\circ}E$, $22^{\circ}N-27^{\circ}N$: Region B), unlike Region A, vertical heat advection predominantly causes the decrease of heat storage in autumn and winter. In spring and summer, surface heat flux contributes to the increase of heat storage in Region B and the period is two times longer than the period for Region A. In this season, shoaling of the mixed layer depth plays an important role in the increase of SST.
Heat transfer experiments at a vertical annulus passage were carried out in the SPHINX(Supercritical Pressure Heat Transfer Investigation for NeXt Generation) to investigate the heat transfer behaviors of supercritical $CO_2$. The collected test data are to be used for the reactor core design of the SCWR (SuperCritical Water-cooled Reactor). The mass flux was in the range of 400${\sim}$1200 kg/$m^2$s and the heat flux was chosen up to 150 kW/$m^2$. The selected pressures were 7.75 and 8.12 MPa. The heat transfer data were analyzed and compared with the previous tube test data. The test results showed that the heat transfer characteristics were similar to those of the tube in case of a normal heat transfer mode and degree of heat transfer deterioration became smaller than that in the tube. Comparison of the experimental heat transfer coefficients with the predicted ones by the existing correlations showed that there was not a distinct difference between the correlations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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