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- 저자 : 정범진(Bum-lin Chung) (검색결과 1 건)
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높은 Pr 수의 유체를 사용한 수직 원형관 외부의 자연대류 실험
강경욱(Gyeong-Uk Kang),정범진(Bum-lin Chung) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.5
수직 원형관 외부의 자연대류는 많은 실용적인 관심의 대상이 되고 있으며 곡률효과에 대한 이론과 열전달상관식은 교과서에도 잘 정리되어 있다. 본 연구에서는 유사성 원리를 이용하여 매우 높은 Pr 수의 유체를 사용하여 수직 원형관 외부의 자연대류 열전달 현상을 실험적으로 연구하였다. 황산-황산구리 수용액의 전기도금계를 물질전달계로 채택하였으며, 실험은 직경 0.005m~0.035m의 음극을 사용하여 Pr 수 2,094~4,173 그리고 Gr<SUB>H</SUB> 수 5.2×10?~1.0×10¹?에서 열전달계수를 측정하였다. 실험을 통하여 도출한 충류 상관식은 NU<SUB>H</SUB> = 0.55Ra<SUB>H</SUB><SUP>0.25</SUP>, 난류 상관식은 Nu<SUB>H</SUB> = 0.12Ra<SUB>H</SUB><SUP>0.28</SUP>Pr<SUP>0.1</SUP>였다. 충류에서 실험한 결과는 King, Jakob와 Linke, McAdams, Bottemanne의 수직 원형관 자연대류의 열전달 상관식에 일치하였다. 그러나 난류에서는 McAdams의 상관식과 일치하지 않았고 수직평판 난류 자연대류 상관식인 Fouad의 상관식과 일치하였고 Pr 수에 대한 의존성이 나타났다. 그 원인은 높은 Pr 수에 따라서 열경계층 두께가 관의 직경보다 매우 얇았기 때문인 것으로 판단된다. Natural convection on the outer surface of a vertical pipe has drawn research interests for many practical purposes and well established theories on the curvature effect and heat transfer correlations are available in textbooks. This study investigated the phenomena using mass transfer experiments with high Pr number using the analogy concept. A cupric acid-copper sulfate electroplating system was adopted as the mass transfer system. Tests were performed for Gr<SUB>H</SUB> numbers from 5.2×10? to 1.0×10¹?, Pr numbers from 2,094 to 4,173, and the diameters from 0.005m to 0.035m. The obtained correlations were NU<SUB>H</SUB> = 0.55Ra<SUB>H</SUB><SUP>0.25</SUP> for laminar and Nu<SUB>H</SUB> = 0.12Ra<SUB>H</SUB><SUP>0.28</SUP>Pr<SUP>0.1</SUP> for turbulent. The test results for laminar flow conditions agreed well with the correlations of King, Jakob & Linke, McAdam, and Bottemanne. However, for turbulent conditions, the test results show discrepancy with the correlation of McAdams developed for vertical pipe geometry but instead they showed agreement with the heat transfer correlations of Fouad developed for a vertical plate and also show the dependence on Pr numbers. The very thin thermal boundary layer compared to the diameter of the pipe due to the high value of Pr number seems to make the curvature effect negligible.
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