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목차
제1장 서론 17
제2장 Loop 형 열다이오드 24
제1절 1차원적 이론 해석을 통한 열성능 평가 25
1. 유동방정식(Equation of Motion) 26
2. 에너지 수지식(Energy Equation) 27
3. 벽면의 전단응력(Shear Stress at Tube Wall) 28
4. 경계조건(Boundary Conditions) 29
5. 온도분포(Temperature Profile) 29
가. 운동방정식의 무차원화 31
나. 에너지식의 무차원화 33
다. 무차원 온도분포 식 θ ＝ θ(S*) 유도(이미지참조) 33
라. 운동방정식의 해 35
6.열전달량 계산 36
가. V0≪1(이미지참조) 인 경우 37
나. V0≫1(이미지참조)인 경우 37
다. V0≡1(이미지참조)인 경우 38
7. Diode 성능 평가 39
8. 결과 및 고찰 40
9. 결론 46
10. 기호설명 46
제2절 실축실험 48
1. Solar Simulator의 제작 및 DAS 설치 48
2. 실험장치 및 실험방법 50
3. 결과 및 고찰 51
4. 결론 56
5. 기호설명 57
제3장 Bayonet형 열다이오드 58
제1절 2-D Simulation을 통한 열성능 평가 58
1. 문제 설정 및 모델 58
2. 지배방정식과 경계조건 59
3. 수치해석 방법 60
가. 격자 생성 62
나. 형상 및 물성치 62
4. 결과 및 고찰 62
가. 분리판이 없는 경우 62
나. 분리판이 있는 경우 64
제2절 FLUENT를 이용한 수치해석 68
제3절 기초실험을 통한 열성능 분석 76
제4장 Bayonet형 열다이오드 개념을 적용한 Tubeless 집열 시스템 설계 및 응용 85
제1절 2-D Simulation을 통한 열성능 평가 85
1. 수치해석 모델 및 문제설정 87
2. 지배방정식 87
3. 경계 조건 90
4. 수치해석 방법 91
5. Grid 생성 91
6. 형상 및 물성치 93
7. 결과 및 고찰 94
가. 프로그램의 검증 94
나. 비정상상태와 정상상태에서의 열전달 특성 97
다. 각도 변화에 따른 열전달 특성 101
8. 결론 103
제2절 기초실험을 통한 열성능 분석 103
제5장 Roller형 열다이오드 105
제6장 결론 107
참고문헌 108
［Fig.1-1］ Bidirectional thermal diode("liquid fin)-vertical heat source and sink 18
［Fig.1-2］ A schematic(schmatic) diagram of the energy-efficient Smart Module 19
［Fig.1-3］ A rectangular closed-loop thermosyphon 20
［Fig.1-4］ A conceptual design of the Loop type Smart Module 21
［Fig.1-5］ A conceptual design of the Bayonet type Smart Module 22
［Fig.1-6］ A conceptual design of the Roller type Smart Module 23
［Fig.2-1］ Heat transfer modes for thermal diode under (a) reverse bias and (b) forward bias 24
［Fig.2-2］ A plane-type bidirectional thermal diode 25
［Fig.2-3］ A rectangular closed-loop thermosyphon 25
［Fig.2-4］ Forces acting on a differential element of radius r 26
［Fig.2-5］ Energy balance on a differential element of radius r 27
［Fig.2-6］ Inclined rectangular loop model 30
［Fig.2-7］ A side view of loop diodes under (a) forward and (b) reverse bias 39
［Fig.2-8］ Optimal loop configuration(a＝32, b＝1, m＝3.66, n＝0) 41
［Fig.2-9］ Current ratio and heat transfer rates of diode r＝0.25㎝, (A, B, and C denote q+, q- and q+／q- curves, respectively, at H＝0.3㎝ and A', B', C' do the same at H＝0.5m) (a)S＝5㎝ (b)S＝20㎝ (c)S＝50㎝ 43
［Fig.2-10］ Current ratio and heat transfer rates of diode r＝0.5㎝, (A, B and C denote q+, q- and q+／q- curves, respectively, at H＝0.3㎝ and A', B', C' do the same at H＝0.5m) (a)S＝5㎝ (b)S＝20㎝(c)S＝50㎝ 45
［Fig.2-11］ Experimental setup for the rectangular-loop diode 50
［Fig.2-12］ Results for the tube tilted up 45° (ID＝13㎜) 52
［Fig.2-13］ Results for the tube tilted down 45° (ID＝13㎜) 53
［Fig.2-14］ Results for the tube tilted up 30° (ID＝13㎜) 54
［Fig.2-15］ Results for the tube tilted down 30° (ID＝13㎜) 55
［Fig.2-16］ Results of tests for 45° and 60° 56
［Fig.3-1］ Schematic diagram of a solar water heater 58
［Fig.3-2］ Grid system in a storage tank 61
［Fig.3-3］ Grid system in a collector 61
［Fig.3-4］ Velocity vectors in a storage tank without a separator(guide vane) 63
［Fig.3-5］ Velocity vectors in a collector without a separator(guide vane) 63
［Fig.3-6］ Streamlines in a storage tank without a separator(guide vane) 64
［Fig.3-7］ Velocity vectors in a storage tank with a separator(guide vane) 65
［Fig.3-8］ Velocity vectors in a collector with a separator(guide vane) 65
［Fig.3-9］ Streamlines in a storage tank without a separator(guide vane) 66
［Fig.3-10］ Isotherms in a storage tank with a separator 66
［Fig.3-11］ Computational grid generated by FLUENT 4.23(without separator) 69
［Fig.3-12］ Computational grid generated by FLUENT 4.23(without separator) 70
［Fig.3-13］ Results of FLUENT 4.23 for Bayonet diodes of different separator designs(velocity vectors for a short separator at t＝4hours) 71
［Fig.3-14］ Velocity vectors for a long separator for the cavity at t＝4hours 72
［Fig.3-15］ Velocity vectors for a long separator for the cavity at t＝4hours(separator extends from cavity to separator) 73
［Fig.3-16］ Streamlines for the case in ［Fig. 3-15］ 74
［Fig.3-17］ Bayonet diodes with different guide vane designs(separators) 75
［Fig.3-18］ Temperature variations for the cases in ［Fig 3-17］ 76
［Fig.3-19］ The configuration and dimensions of diode manufactured 77
［Fig.3-20］ Locations of temperature measurements in the prototype bayonet diode 79
［Fig.3-21］ Temperature(Temperatrure) variations(continuous 8 hours heating with fan on), T₂＝T₃ 80
［Fig.3-22］ Temperature(Temperatrure) variations(continuous 8 hours heating with fan on), T₂>T₃ 81
［Fig.3-23］ Temperature variations(8 hours heating w／o fan then insulating water tank cooling the cavity with a fan to check feat leakage) 82
［Fig.3-24］ Temperature variations(8 hours heating w／o fan on followed by forced convection cooling w／ fan on) 83
［Fig.3-25］ Measured and predicted temperature variations 84
［Fig.4-1］ Schematic diagram of a solar water heater 86
［Fig.4-2］ Grid system in a collector 92
［Fig.4-3］ Grid system in the region around the water tank 92
［Fig.4-4］ Geometry of a solar water heater 93
［Fig.4-5］ Two-dimensional square thermosyphon 94
［Fig.4-6］ Streamlines 95
［Fig.4-7］ Temperature fields 96
［Fig.4-8］ Local Nusselt number at the external hot wall as a function of position 96
［Fig.4-9］ Temperature variation with time 97
［Fig.4-10］ Velocity vectors in collector 98
［Fig.4-11］ Velocity vectors in the region near water tank 98
［Fig.4-12］ Streamlines(collector) 99
［Fig.4-13］ Streamlines in the region near water tank 99
［Fig.4-14］ Isotherms(collector) 100
［Fig.4-15］ Isotherms in the region near water tank 100
［Fig.4-16］ Temperature variation as a function of tilted angle 101
［Fig.4-17］ Velocity variation as a function of tilted angle 102
［Fig.5-1］ An aluminum blind blocking radiation from the earth's surface in summer nights 105
［Photo 2-1］ Solar Simulator 49
［Photo 2-2］ Experimental rectangular loop diode(tilted at minus 60 degree) 51
［Photo 3-1］ Prototype bayonet diode showing copper plate being installed 78
［Photo 3-2］ Bayonet diode under construction 78
［Photo 4-1］ A solar water heater manufactured applying the concept of Bayonet diode 104
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