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표제지

목차

요약 5

기호설명 9

Ⅰ. 서론 11

1.1. 연구 배경 11

1) 판형 열교환기 개요 11

2) 가스켓형 판형열교환기 13

3) 용접형 판형열교환기 14

1.2. 연구의 필요성 15

1.3. 연구내용 16

Ⅱ. 기존 실험적 연구와 열전달 상관식의 고찰 17

1. 판 형상의 기본식 17

1) 전열 면적 17

2) 유동의 채널 간격 18

3) 채널의 수력 직경 18

2. 판형열교환기에서의 단상 유동에 관한 연구 19

Ⅲ. 실험 장치 25

1. 실험장치의 구성 25

2. 시험부 26

3. 실험 조건 27

4. 계측 장치 28

1) 센서 28

2) 자료 수집 시스템 31

5. 측정 불확도 33

6. 실험 방법 34

7. 실험 관계식 34

Ⅳ. 실험 결과 및 고찰 36

1. 용접형 판형열교환기의 열전달 성능특성 36

1) 용접형 판형열교환기의 열전달 성능 특성 실험결과 36

3) 실험결과와 기존 상관식의 열전달계수 비교 38

2. 용접형 판형열교환기의 압력강하 성능특성 41

1) 용접형 판형열교환기의 압력강하 실험결과 41

2) 실험결과와 기존 상관식의 압력강하 비교 42

3. 용접형 판형열교환기의 새로운 상관식 제시 43

Ⅴ. 결론 46

참고문헌 47

Abstract 50

표목차

Table. 2.1. Constant properties of chevron angles 23

Table. 3.1. Specification of brazed plate heat exchangers 27

Table. 3.2. Test Conditions 27

Table. 3.3. Specification of thermocouple 28

Table. 3.4. Specification of pressure transducers 29

Table. 3.5. Specification of mass flow meter 30

Table. 3.6. Specification of data acquisition unit 31

Table. 3.7. Description of the data acquisition sensor channels 32

그림목차

Fig. 1.1. Gasketed plate heat exchanger 12

Fig. 1.2. Spiral plate heat exchanger 12

Fig. 1.3. Brazed plate heat exchanger 12

Fig. 1.4. Flow paths in a gasketed plate heat exchanger 13

Fig. 1.5. Flow paths in a brazed plate heat exchanger 14

Fig. 1.6. Cross section in a plate heat exchanger plates 15

Fig. 1.7. Cross section in a braed plate heat exchanger plates 15

Fig. 2.1. (a) Main dimensions of a plate; (b) developed and projected dimensions of plate and cross-section normal to the direction of troughs 17

Fig. 3.1. Picture of the experimental 25

Fig. 3.2. Schematic of the experimental 25

Fig. 3.3. Schematic diagram 26

Fig. 3.4. Picture of the test section 26

Fig. 3.5. Picture of a plate heat exchangers plate 26

Fig. 3.6. Picture of a T-type thermocouple 28

Fig. 3.7. Picture of a pressure transducers 29

Fig. 3.8. Picture of mass flow meter 30

Fig. 3.9. Picture of a data acquisition 31

Fig. 3.10. Capacity comparison between hot side and cold side 33

Fig. 4.1. Capacity variation with the change of hot side water mass flow rate 37

Fig. 4.2. Measured Nusselt number variation with the change of hot side water Reynolds number 37

Fig. 4.3. Comparison between measured and predicted Nu by correlations (10 plates) 39

Fig. 4.4. Comparison between measured and predicted Nu by correlations (20 plates) 39

Fig. 4.5. Comparison between measured and predicted Nu by correlations (30 plates) 40

Fig. 4.6. Comparison between measured and predicted Nu by correlations (40 plates) 40

Fig. 4.7. Pressure drop variation with the change of hot side water mass flow rate 41

Fig. 4.8. Pressure drop variation with the change Reynolds number 41

Fig. 4.9. Pressure drop comparison between measured and predicted results 42

Fig. 4.10. Comparison between friction factor and Reynolds number 43

Fig. 4.11. Comparison between Nu/Pr1/3 and Re by the new correlation[이미지참조] 45

Fig. 4.12. Comparison between measured and predicted Nu by the new correlation 45

초록보기

 판형 열교환기는 물결 모양의 얇은 판을 겹겹이 쌓은 후 판과 판 사이를 분리하여 고온 유체와 저온 유체를 교대로 흐르게 하여 두 유체의 혼합이 없이 열 교환을 하는 장치이다. 판형열교환기의 설계는 판의 형상, 운영 조건, 냉매의 형태 등이 고려된다. 특히 판형열교환기는 판의 형상과 조립방식에 따라 얼마나 난류를 많이 발생시키는지에 초점이 맞추어 지고 있다. 기존 연구에서는 가스켓형 판형열교환기에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 그러나 최근 내구성이 강한 용접형 판형열교환기의 연구가 진행되고 있지만 단상유동 열전달에 관한 실험 자료들이 충분치 못한 관계로 시급히 많은 실험을 수행할 필요가 있다.

본 연구에서는 용접형 판형열교환기의 열전달 성능 및 압력 강하 특성을 알아보기 위해서 판 개수가 10, 20, 30, 40개인 열교환기를 실험하고 분석하였다. 저온유체의 유량을 0.3~1.2 kg/s로 고정시킨 상태에서 고온유체의 유량을 0.2~1.2 kg/s로 변화시켜 측정하였다. 열교환기 입구에서 고온유체와 저온유체의 온도차는 5℃이였다. 또한 동일한 판 형상과 조건에서 가스켓형 열교환기의 압력강하 및 열전달특성에 관한 상관관계식과 비교하여 용접형 판형열교환기의 열전달특성을 고찰하였다.

실험한 결과 특정 구간에서 용접형 판형열교환기의 유량변화에 따른 용량의 증가량이 크게 증가 하는 구간이 존재하였으며 이는 물결진 판의 특성에 의해 난류가 발생하기 시작하기 때문이다. 새로운 상관식을 제시하여 측정된 Nusselt 수와 비교하였다. 오차범위는 ±3%이내가 66.2%, ±5%이내가 87.7%, ±10% 이내로 98.5%로 나타났으며 최대 오차는 ±10.3%였다. 이를 통해 새로 제시된 상관식이 용접형 판형열교환기의 Nusselt 수를 비교적 정확히 예측함을 알 수 있다. 또한 가스켓형 판형열교환기를 위한 상관식을 이용하여 계산한 결과 측정된 용접형 판형 열교환기가 가스켓형 열교환기와 동일한 구조 일 때 Nusselt 수는 약 5~20% 높지만, 압력강하는 2배 이상 크다. 따라서 용접형 판형열교환기는 가스켓형 판형열교환기에 비해 약간 높은 열전달 성능을 가지지만 그보다 더 높은 압력강하를 요구하기 때문에 가스켓형 대신 용접형 판형열교환기를 적용해야 한다면 성능특성을 고려해야 할 것으로 판단된다.

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