루버핀형 열교환기의 유동 및 열전달 특성에 관한 해석적 연구

초록

본 연구에서는 루버핀형 고밀도 열교환기에 대해 루버피치, 핀피치, 루버각, 입구유체속도의 변화가 유동구조 및 전열성능에 미치는 영향을 40종의 모델에 대해 수치해석을 수행하여 분석하였다. 즉, LP=1.0∼2.0mm, FP/LP=1.25∼2.0, θ=25∼45°, Vi=1∼15 m/s( ReLp =약 68∼1800)의 조건에 대해 속도분포, 온도분포, 압력분포등을 측정하여 형상 및 유동조건의 무차원 열전달계수(Nu수)와 무차원 압력강하계수(CD)에 대한 영향을 분석하였다. 또한, 표준κ-ε난류모델을 적용하여 층류모델과 난류모델의 결과값을 비교하였다. 루버내의 유동은 루버사이를 흐르는 내부유동과 루버열 사이를 흐르는 덕트유동으로 나눌 수 있는데 이 두 유동은 전열성능 및 압력강하와 밀접한 관계가 있다. LP, Vi,θ가 작을수록, FP는 클수록 덕트유동의 경향이 강해 전열성능이 낮게 나타났으며, 특히 LP의 경우 1.6∼2.0 mm에서 거의 비슷한 Nu수를 보이고 있는데, 이는 전열성능이 루버에서의 온도경계층과 유동량 모두에 영향을 받기 때문이다. 압력강하량은 LP가 클수록, θ가 작을수록 적었으며 유체속도에 의한 영향은 미비했다. 와류의 형성은 내부유동과 덕트유동이 부딪치는 부근인 루버의 선단과 후면, 방향전환핀의 아랫면등에서 주로 발생하였다.