속도 및 온도분포가 동시에 성장하고 있는 환상공간 내의 입구영역에 대한 연구

남궁규완 울산대학교 1999 공학연구논문집 Vol.30 No.2

본 연구는, 속도 및 온도분포가 동시에 성장하는 동심환형관의 입구영역에서, 층류 및 난류 비압축성 유동이 존재할 때의 운동량 및 열전달 문제들을 다루었다. 우선, 미분식들은 수치계산을 위하여 유한 차분식들로 변환했고, Prandtl 수 Pr= 0.7인 유체가 반경비 r* = 0.001, 0.01, 0.06, 0.1, 0.4, 0.9 등의 환상공간 내를 유동할 때, 수력학적 및 열적 입구영역에서 입구길이, 표면 마찰계수 및 열전달계수 등의 해를 계산하여, 다음의 주요 결과들을 얻었다. 즉, 최대속도가 존재하는 위치는, r*가 "0"에 접근할수록, 하류로 진행 함에 따라 중심으로부터 내측 벽면 쪽으로 치우치고, 수력학적 입구길이는, Re가 증가하거나 반경비가 감소할수록 증가한다. 또한 r*가 작은 경우, 내면 마찰계수 Cf.i는 하류로 진행함에 따라 감소하며 최소값 이후에는, 증가하여 완전성장 값을 갖으나, 내면 Nusselt 수 Nui는 계속 감소하며 완전 성장했다. Cf.i 또는 Nui수는 외면보다 내면이 높으며, 그 차이는 Re 가 증가할수록 감소한다. 그러나 r* 증가에 따라, Cf.i, Nui는 감소하고, Cf.o, Nuo는 증가하므로, r*=1 근처에서 서로 같은 값을 갖는다. In this paper, we considered the problem of momentum and convective heat transfer in a concentric annulus with laminar and turbulent incompressible flow, simultaneously developing velocity and temperature distributions in teh entry region. The eifferential equations for the annulus flow are transformed into finite difference equations first, for the numerical calculation. And the solutions combined hydrodynamic and thermal entry region, such as entry length, surface friction factor and heat transfer coefficient, are found for teh fluid of Pr=0.7 an radius ratio r* = 0.001, 0.01, 0.06, 0.1, 0.4, 0.9. The useful results are as follows; The point of maximum velocity is initially at center but tends to move toward inner tube further downstream and the hydrodynamic entry length increases as Reynolds number increase. And the inner wall friction factor for small r* tends to reach a minimum going downstream and then rise to the fully developed value, but the Nusselt number is continuously decrease in the entry region. The inner wall friction factor Cf.i and Nusselt number Nui are greater than that of outer wall, and the differences between inner surface and outer surface are decrease as Reynolds number increase. But Cf.i and Nui are decrease at inner surface and those at teh outer surface are increase as r* increase, so their differences became zero near r* =1.

원형 관내의 감쇠하는 swirl 유동에서 단일기포 거동에 대한 해석

남궁규완 울산대학교 2002 공학연구논문집 Vol.33 No.1

본 연구에서는, 관벽 둘레에서 접선방향의 액체를 주 유동 내로 분사시킴에 의하여 발생된, 감쇠 선회류에 존재하는 단일 기포의 운동에 대한 것으로, 기포 거동을 지배하는 운동식을 유도했고, 이 식들은 이미 발표된 액체의 속도관계 실험식들을 사용하여 수치적으로 풀었다. 축방향 기포운동은, 기포의 초기 위치와 액체의 초기 선회강도에 따라, 하류로 계속 이동하는 것과, 하류로 이동 후, 상류로 이동하는 것의 두 형태로 구분할 수 있다 접선과 반경 방향에서, 기포는 관 중심에 접근할수록 감속한다. 그러나 선회 운동량이 큰 유동에서, 기포는 중심에서 유한한 속도를 가지므로, 관 중심 근처를 진동한다 또한, 기포 크기가 작을수록 단위 체적당의 항력이 증가하므로, 작은 기포일수록 반경방향으로 느리게 이동한다. 한편, 기포가 중심에 도달할 때까지의 기포 축방향 이동거리는 기포가 작아질수록 증가한다. In this work, the motion of single bubble, in a decaying swirl liquid flow, which was created by tangential liquid injection into main liquid flow at the periphery wall of the tube, was studied. The equations of motion governing the bubble behavior were derived and solved numerically by using experimental relations of liquid velocity published already. The motions of bubble, in axial direction, can be divided into two patterns ; the one is moving downstream always and the other is moving upstream after some travel to downward, depending on the initial position of bubble and initial swirl intensity of liquid. In tangential and radial direction, the bubble decelerates as it approaches the center of the tube. But, in the flow with high swirl intensity, the bubble has a finite radial and tangential velocity as it reaches the center, therefore the bubble may oscillate around the center of the tube. And the smaller bubble moves radially slowly due to the larger drag force per unit volume of gas experienced by the smaller bubble, while the axial distance travelled by the bubble before it reaches the center decreases as the bubble size increases.

접촉각 변화에 따른 핵비등과 천이비등 곡선의 예측

안강수,남궁규완 울산대학교 1998 공학연구논문집 Vol.29 No.2

본 연구의 목적은 임계열유속점의 영향인자들을 근거로 하여, 핵비등과 천이비등 곡선을 예측하려 한다. 임계점에서의 인자들과 열전달 문제들의 해는 이미 발표된 논문의 결과들을 인용했다. 열유속과 비등곡선들은 과열온도에 대한 건면적비 관계식과 기주간의 거리에 대한 건면적비 관계식을 사용하여 계산했다. 예측된 열유속과의 비교를 위하여 증류수를 사용한 푸울 비등실험도 수행했으며, 실험조건으로는 면의 접촉각으로 정량화한 가습성을 변화시켰다. 각각의 접촉각에서 예측된 비등곡선들은 그 모양이 일반적인 비등곡선과 일치하며, 다음의 경향을 보이고 있다. 즉 동일한 과열온도의 경우, 핵비등 영역에서는 접촉각이 커질수록 열유속도 증가하나 천이영역에서는 이와 반대되는 경향을 보이고 있다. 예측된 열유속도 핵비등 영역에서는 실험치들과 거의 일치한, 천이영역에서는 실험치보다 낮은 값을 나타내고 있다. This study aims to predict a boiling curve of the nucleate and transition boiling region on the basis of the parameters affecting the CHF point. The parameters on the CHF point and the solutions of heat transfer problems are taken from the published paper, ref.(6). The heat flux is calculated and its curve is drawn by the use of the void fraction relation to the superheat and to the distance between vapor stems. The experiment of water pool boiling was conducted according to the wettability which is qualified by the contact angle, and these data are compared with the predicted heat flux. The predicted boiling curves for various contact angles are in good agreement with the general curves in shape. And show the trend that higher contact angle gives higher heat flux at same superheat in the nuclete boiling region, but higher angle give lower heat flux in the transition boiling region. The predicted heat flux is almost the same in comparison to the experimental data in the nucleate region, however, it is low in the transition region.

길이方向의 鉛直휜을 附着한 鉛直圓筒으로 부터의 自然對流 熱傳達

崔仁圭,南宮圭完 연세대학교 산업기술연구소 1974 논문집 Vol.5 No.1

This paper presents the results of an experimental investigation on the free convective heat transfer from a vertical cylinder with longitudinal rectangular fin arrays. With 16 combinations of spacing and heights of fins attached on cylinders of various diameters (0.025m. 0.035m, 0.05m) and lengths (0.06m, 0.12m, 0.23m), 88 cases were investigated. Their features were found pretty different from those of a simple vertical plate or the fin arrays on a vertical plate. The effect of fin spacing S/D is not so dominant as expected. The effect of H/D is a little larger than that of S/D. The experimental work was focused to find the coefficients and exponents of correlation equation. Utilizing the governing groupings, the experimental equation was derived as equations (10) and (11) within the error of ±7%.

열역학 제2법칙에 의한 이중관 대향류 열교환기의 해석

이근식,남궁규완 울산대학교 1991 공학연구논문집 Vol.22 No.1

비압축성유체를 작동유체로 하고 뜨거운 흐름은 직렬이고 찬 흐름은 병렬로 된 이중관 대항류 열교환기에 대한 성능을 열역학 제1법칙적 관점과 제2관점에서 이론적 및 실험적으로 해석 하였다. 주어진 열교환기 형상과 입구조건에 대하여 펌핑동력에 대한 열교환량 및 엔트로피 생성율을 찬 흐름분율, 유량비열, 입구온도비에 대하여 계산하고 실험치와 비교하였다. 아울러 찬 흐름측을 직렬로 하였을 경우의 값들과도 비교하였다. The performance of the double pipe counterflow heat exchanger which uses an incompressible fluid as a working fluid and is connected in series on the hot side and in parallel on the cold side, was analysed both theoretically and experimentally in the view of 1st and 2nd law of thermodynamics. The ratio of heat transfer rate to pumping power and the rate of entropy generation for the given geometry of the heat exchanger and inlet conditions, were calculated and compared with the experimental results for the cold side fraction, the ratio of capacity rate, and the ratio of inlet temperatures of both sides. In addition, the ratio of heat transfer to pumping power and the rate of entropy generation were compared with those values of the case connected in series on the cold side.

가열면의 경사각이 푸울 핵비등 열전달에 미치는 영향

유호영,안강수,남궁규완 울산대학교 1991 공학연구논문집 Vol.22 No.1

This study has been carried out to investigate the effect of surface inclination on pool boiling of water under atmospheric pressure from a copper flat plate whose inclination is varied between 0˚and 175˚ from horizontal plane. Through this study, several conclusions have been obtained as follows: (1) Nucleate pool boiling region is devided into the low heat flux region and high heat flux region. The former is influenced by inclination degree of the heated surface and the latter is not influenced by it at all. (2) The heat flux on the bordering of high and low heat flux region corresponds to transitional heat flux of bubble shape suggested by Moissis and Brenson. ?? (3) The area fraction of heating surface, influenced by the departing bubbless per unit area, and the heat flux of an arbitrarily inclined plane can be predicted from the pool boiling curve of a horizontal plane under the conditions of the same liquid and surface.

비등 열전달에서 임계열유속점의 예측에 대한 연구

남궁규완,안강수 울산대학교 1997 공학연구논문집 Vol.28 No.2

본 연구는, 설정된 모델로부터 푸울 비등시 임계 열유속점의 영향인자들을 계산했고, 임계열유속 및 임계온도를 예측하였다. 설정 모델에서, 증기 기주는 가열면에 고정되어 삼각형 분포로 배열되어 있으며, 열경계층으로의 열전달은 2 차원 정상열전도에 의하여 결정했고, 기액계면에서의 증발율은 분자 운동학이론 결과식을 사용했다. 각각의 액체 접촉각에 대한 임계점에서의 건면적비는 기하학적 및 열적 조건으로부터 추정했고, 임계온도 및 임계열유속은 핵비등영역내의 두점의 실험치를 사용하여 계산했다. 임계점에서의 건면적비는 접촉각이 작을수록 감소하며, 임계열유속 및 임계온도는 접촉각이 작을수록 증가하는 경향을 보였다. In this paper, governing parameters at critical heat flux(CHF) point of pool boiling are calculated, and critical heat flux and temperature are predicted from the model which is valid near the CHF point. In the model, vapor stems are assumed to be distributed with a triangular grid, and the heat transfer rate into the thermal layer is determined by solving a two dimensional steady state heat conduction equation. The evaporation rate is given by the kinetic theory. The void fractions for the various contact angles are estimated through the geometric and thermal conditions. And the critical temperature and flux are calculated from the two experimental data set of the nucleate boiling region. The void fraction at the CHF point is strongly affected by the value of contact angle. Lower contact angle gives lower void fraction. But lower contact angle gives higher critical temperature and higher critical heat flux.

LNG 자동차 연료 탱크의 열적 거동에 대한 예측

남궁규완(Kyu Won Namkoong),주석재(Seok Jae Chu) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.9

본 연구에서 차량 탑재용 LNG 연료 탱크의 단열 성능과 연료 공급 능력 등을 예측하기 위하여, 내조와 외조 사이가 진공 단열된 2중 벽 구조이며 탱크 용량은 450ℓ, 정상 운전조건은 800 ㎪인 연료 탱크를 해석 대상으로 선택했으며, LNG의 물성치는 메탄(CH₄)과 동일하다고 가정했다. 밀폐 저장기간의 연장을 위하여, 차폐 관을 제시했고 기존의 연료 탱크 저장 기간과 비교 해석했다. 또한 기관으로의 적절한 연료량 공급을 보장할 수 있는 탱크 내의 압력 유지를 위하여, 외부로부터 추가적인 열전달률을 예측했다. 이러한 계산을 위하여 압력 변화율과 전열률, 연료 출입률 간의 열역학 관계식을 유도했고, 선택한 연료 탱크 모델로부터 열저항을 근거한 계산식을 설정했다. 계산 결과에 의하면, 차폐된 관을 사용한 연료 탱크는 약 25~30% 이상의 저장기간이 연장되었고, 연료 압송 최소압력 유지를 위하여 외부에서 탱크로 공급되는 열전달에 적합한 운전조건도 결정할 수 있었다. The thermal performance of LNG fuel tanks of vehicles is determined by the time for non-venting storage of fuel and the amount of fuel supplied to the engine. In this study, we selected a double-walled vacuum-insulated fuel tank with a volume of 450 liter, and the properties of the fuel contained in it were assumed to be the same as those of the methane(CH₄). For the increasing the non-venting fuel storage time, we propose the use of shielded penetration pipes in the tank. We compared the storage times of the tank used in our study with those of the conventional fuel tank. Further, the additional heat input required to maintain the fuel pressure necessary for an appropriate fuel supply rate was predicted. For these parameters, we derived a thermodynamic relationship that can be used to estimate the rate of increase in pressure for a known heat input, and we obtained equations for estimating the rate of heat leaked by using the established heat transfer model. From the results of numerical computation, we found the non-venting storage time of the tank with shielded pipes to be 25 30% higher than that of the tank with unshielded pipes. Further, we determined the ? appropriate operation conditions by taking into consideration the transfer rate of additional heat provided to the fuel tank.

加熱面上의 單一液的의 核沸騰 熱傳達特性에 關한 實驗的 硏究

南宮圭完,黃永東,崔仁圭 연세대학교 산업기술연구소 1982 논문집 Vol.14 No.1

An experimental study waw carried out to investigate the nucleate boiling of pure water droplet placed on smooth stainless steel plate for various initial droplet diameters. From time dependent measurements of surface temperature just below the droplet and of the projected base area of droplet, the time averaged heat flux ?? and the sutface temperature ?? are obtained. The heat transfer characteristics are analyzed by correlating the heat flux ?? with ?? Applying analogy with single phase forced convection, the heat transfer data for nucleate boiling of water droplet are correlated with a bubble Reynolds number and a bubble Nusselt number which are based on the bubble departure diameter from the heated surface. The correlating equation is as follows; ?? (수식) where the various fluid properties are evaluated at the saturation temperautre.

가열면상 단일액적의 핵비등 열전달에 표면거칠기가 미치는 영향

최인규,남궁규완,고대권 연세대학교 대학원 1985 延世論叢 Vol.21 No.4

An experimental study was carried out to investigate the effects of surface roughness in nucleate boiling heat transfer of a liquid droplet on heated stainless steel plate of three different roughness combined with three kinds of droplets, namely distilled water, ethanol and n-heptane. Major points of interests were to make clear the effects of roughness on the evaporation time temperature variation of the plate surface during evaporation and timeaveraged heat flux. Conclusively the results of the study are summarized in the following equational form 그림삽입(원문참조) (q￣ is time-averaged heat flux, 그림삽입(원문참조) is time-averaged surface temperature minus saturation temperature) The effects of roughness 그림삽입(원문참조) is found to make the values of m and C larger (refer Table. 3) and to make q￣ larger.