소형 전기자동차용 브레이크 디스크의 열전달 분석

박성한,유영철,박성영 사단법인 한국융합기술연구학회 2023 아시아태평양융합연구교류논문지 Vol.9 No.12

During braking, kinetic energy is converted into thermal energy, and the generated thermal energy generates thermal behavior in the brake disc and affects the braking system. Because of this, research on reducing the temperature of the brake disc surface is an important task and related research has been preceded. Therefore, in this study, the heat transfer characteristics of four types of brake discs with perforated shapes on the surface of the discs were analyzed. Experiments and transient heat transfer analysis were performed to analyze the heat transfer characteristics on the surface of the brake disc. As a result of the experiment, Model B showed the highest temperature, and there was a temperature difference from 7.4% to 11% with other models. Through the experimental results and analysis, the convective heat transfer coefficient for each model was applied as the analysis condition. As a result of comparative analysis of experiments and analyses, the disc surface area and convective heat transfer coefficient are judged to be the main performance factors affecting the disc surface temperature, and the effect of the convective heat transfer coefficient is judged to be dominant. Additional analysis was performed by changing the RPM, and the temperature difference on the surface of the disc for each model increased, and the time to reach a random moment when the heat transfer analysis was stabilized tended to decrease. As the RPM increased, the temperature and heat transfer amount of the disc surface increased, while the heat transfer rate decreased. Through the above test and analysis results, it was judged that the heat transfer performance of Model SH was the best compared to other models. 제동 시, 운동에너지는 열에너지로 변환되며 발생된 열에너지는 브레이크 디스크에 열적 거동현상을 발생시키고 제동장치에 영향을 미친다. 이로 인해, 브레이크 디스크 표면의 온도를 감소시키는 연구는 중요한 과제이며 관련 연구가 선행되었다. 따라서, 본 연구에서는 디스크 표면에 타공형상을 설계한 브레이크 디스크 4종의 열전달 특성을 분석하고자 한다. 브레이크 디스크의 표면에서 열전달 특성을 분석하기 위해 실험과 비정상상태 열전달 해석을 수행하였다. 실험결과, Model B가 가장 높은 온도를 나타냈으며, 타 모델과 7.4 %에서 11 %까지 온도차이가 발생하였다. 실험결과와 해석을 통해 모델별 대류열전달계수를 해석조건으로 적용하였다. 실험과 해석을 비교분석한 결과, 디스크 표면적과 대류열전달계수가 디스크 표면온도에 영향을 미치는 주요 성능인자로 판단되며, 대류열전달계수의 영향이 지배적인 것으로 판단된다. RPM을 변경하여 추가해석을 진행하였으며, 모델별 디스크 표면에서의 온도차이는 증가하고, 열전달 해석이 안정화되는 임의 순간에 도달하는 시간은 감소하는 경향을 나타냈다. RPM이 증가하면서 디스크 표면의 온도와 열전달량은 증가하였고, 열전달율은 감소하였다. 위 실험과 해석결과를 통해 타 모델 대비 Model SH의 열전달 성능이 가장 우수한 것으로 판단되었다.

일중 피복온실의 관류열전달계수 산정

황영윤,이종원,이현우 (사) 한국생물환경조절학회 2013 생물환경조절학회지 Vol.22 No.2

This study was conducted to suggest a model to calculate the overall heat transfer coefficient of singlelayer covering for various greenhouse conditions. There was a strong correlation between cover surface temperatureand inside air temperature of greenhouse. The equations to calculate the convective and radiative heat transfer coefficientsproposed by Kittas were best fitted for calculation of the overall heat transfer coefficient. Because the coefficientof linear regression between the calculated and measured cover surface temperature was founded to 0.98, theslope of the straight line is 1.009 and the intercept is 0.001, the calculation model of overall heat transfer coefficientproposed by this study is acceptable. The convective heat transfer between the inner cover surface and the inside airwas greater than the radiative heat transfer, and the difference increased as the wind speed rose. The convective heattransfer between the outer cover surface and the outside air was less than the radiative heat transfer for the low windspeed, but greater than for the high wind speed. The outer cover convective heat flux increased proportion to theinner cover convective heat flux linearly. The overall heat transfer coefficient increased but the cover surface temperaturedecreased as the wind speed increased, and the regression function was founded to be logarithmic and powerfunction, respectively. 본 연구의 목적은 일중피복온실의 피복재에 대하여 우리나라 환경에 적합한 관류열전달계수를 산정하는 방법을 찾아내고 검증하여 다양한 온실조건 및 환경조건에서관류열전달계수를 산정할 수 있는 모델을 제시하는 것이다. 온실내부 및 외부온도와 피복재 표면온도와의 상관관계를 분석한 결과 주간 및 야간 온도를 모두 고려하였을 때보다 야간온도만을 고려하였을 경우가 상관성이훨씬 더 높은 것으로 나타났다. 피복재의 표면온도가 온실의 외부온도보다는 내부온도와 상관성이 더 높은 것으로 나타났다. 관류열전달계수를 산정하는데 사용된 5가지 종류의 대류 및 복사열전달계수 산정식을 비교한 결과 Kittas가 제안한 대류 및 복사열전달계수 산정식이가장 적합한 것으로 나타났다. 피복재 표면온도의 측정값과 계산값의 상관성을 분석한 결과 직선의 기울기는1.009이고 절편은 0.001이며 결정계수가 0.98로 나타나본 연구에서 제시된 관류열전달계수 산정모델이 신뢰성이 있음을 확인할 수 있었다. 온실내부로부터 피복재 내부표면으로 전달되는 열흐름량의 경우 모든 풍속구간에대해 대류열전달량이 복사열전달량보다 더 컸으며 풍속이 증가할수록 그 차이가 증가하였다. 외부표면에서 손실되는 열흐름량의 경우 풍속이 낮을 때에는 대류열전달량에 비해 복사열전달량이 더 컸으나 풍속이 증가함에따라 그 차이는 점점 줄어들어 풍속이 높을 때에는 대류열전달량이 더 커지는 것으로 나타났다. 피복재 외부표면의 대류열전달량은 내부표면의 대류열전달량에 직선적으로 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 풍속이 증가함에 따라 관류열전달계수는 증가하고 피복재의 표면온도는 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 변화추세를 보면 관류열전달계수는 거듭제곱함수와 그리고 표면온도는로그함수와 잘 일치하였다.

흡수식 냉동기용 흡수기 전열관의 형상에 따른 열 및 물질전달 특성

고지운,배경진,권오경 대한설비공학회 2023 설비공학 논문집 Vol.35 No.12

본 연구에서는 LiBr 수용액의 액막 레이놀즈수, 농도, 입구온도와 냉각수의 입구온도 및 유속에 따른 흡수기 전열관 별 열 및 물질전달 특성 비교실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 흡수기의 열전달량과 총괄열전달계수는 관내 측 레이놀즈수와 LiBr 수용액의 입구온도가 높을수록 증가하는 경향을 나타내었으며, Bare에 비해 End-cross의 열전달량 및 총괄열전달계수는 각각 36.17 및 40.55% 상승하였다. (2) 액막 레이놀즈수와 LiBr 수용액의 농도가 높아질수록 열전달량, 총괄열전달계수, 관외 측 열전달계수 및 누셀트수 모두 증가하는 경향을 나타낸다. 액막 레이놀즈수가 30일 때 Bar 및 End-cross의 관외 측 열전달수는 각각 1.079 및 1.575 kW/m2-K으로 나타났으며, Bar에 비하여 End-cross가 45.97% 성능이 향상된 것을 알 수 있다. (3)흡수기에서 물질전달계수는 액막 레이놀즈수가 30일 때까지 증가하였으며, 이후 대부분 증가폭이 낮아지거나 동등한 수준인 것으로 확인되었다. 실험범위에서 Bare 및 End-cross의 물질전달계수의 범위는 각각 0.129~1.133 및 0.298~1.367 m/h로 나타났다. (4) 본 연구에서는 흡수기에 사용된 전열관 2종에 대하여 관외 측 누셀트수 상관식을 제안하였고, 오차범위 ±20% 내에서 대부분 일치하였다. 해당 연구를 통해 얻은 상관식은 흡수기 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. This study examined heat and mass transfer characteristics of absorber heat transfer tubes for absorption chillers. The experiments were conducted using bare and end-cross as the absorber heat transfer tube for the absorption chiller. The variables chosen for the experiment were the inlet conditions of the LiBr aqueous solution and the cooling water. The results showed that with an increase in Reynolds number of cooling water and film Reynolds number, the heat transfer rate, overall heat transfer coefficient, and outside heat transfer coefficient increased. Furthermore, it was observed that as the LiBr solution concentration increased, the overall heat transfer coefficient and the outside heat transfer coefficient also increased, while the overall heat transfer coefficient tended to decrease when the cooling water inlet temperature increased. At a film Reynolds number of 30, the outside heat transfer coefficients of the bare and end-cross tubes were determined to be 1.061 and 1.537 kW/m2-K, respectively, and the performance of the end-cross was improved by 44.86%. In the absorber, the mass transfer coefficient increased until the film Reynolds number was 30, after which it was confirmed that the increase was mostly lower or zero. We propose experimental correlations of Nusselt number for bare and end-cross tubes, which yield a ±20% error band.

자연대류열전달계수와 강제대류열전달계수에 따른 대류열전달특성에 관한 연구

최정민(Choi Jeong-Min),조성우(Cho Sung-Woo) 대한건축학회 2011 대한건축학회논문집 Vol.27 No.6

Convective heat transfer coefficient is composed of natural plus forced heat transfer coefficient. Convective heat transfer coefficient is affected by more forced heat transfer coefficient than natural convective heat transfer coefficient. Although the existing insulation law is applying the same convective heat transfer coefficient, it ha difference between low-story and high-story in high-rise building. In this study, regression equation can be derived based on the existing four experimental models. With the difference of 10℃, heat transmittance is 0.345 at 3.4m/s and this is 0.349 at 15m/s, the heat transmittance would be increase 1.16%. Therefore, the convective heat transfer should be applied according to building height.

원관 주위의 전도 열전달과 공기의 대류 열전달

이승홍,이억수 釜山大學校生産技術硏究所 1997 生産技術硏究所論文集 Vol.52 No.-

가열되는 원관에 대하여 수직방향에서 공기가 유동할 경우, 원관의 주위 온도를 측정, 분석함으로서, 원관 주위의 강제 대류 열전달에 대한 원주(θ)방향으로 전도 열전달의 영향을 연구하였다. 실린더의 내벽에서 일정한 열유속을 반경(r)방향으로 공급하면, 대류에 의한 원형 실린더 주위의 비대칭적인 온도분포 때문에, 열은 전도에 의해서 원관을 통하여 원주(θ)방향으로 전도 열전달이 존재하고, 실린더 주위로 대류에 의한 대류 열전달이 동시에 일어난다. 기하학적으로 유사한 표면과 경계조건에 대해서, 전도 열전달율은 원관의 열전도계수와 두께에 의존하고 그리고 고체 원관의 벽면을 통하여 발생하는 전도 열전달이 대류 열전달에 미치는 영향은 유체의 열전도계수와 반경의 크기에도 영향을 받는다. 복합 무차원 계수 가 원주방향의 전도 열전달의 대류 열전달에 관한 영향을 나타내는 계수로 사용되었다. 국소 열전달율과 국소 대류 열전달계수에 대한 원주방향의 전도 열전달의 영향은 복합 무차원계수 K*가 작을 경우에 매우 큰 영향을 주고 있음이 발견되었다. The influence of circumferential wall heat conduction on convection heat transfer is investigated for the case of forced convection around a circular tube in cross flow of air by measurements of surface temperature of circular tubes. Keeping uniform heat generation from the inner surface of the cylinder in radial direction, heat is transferred by wall conduction in the circumferential (θ) direction due to the asymmetric nature of the temperature distribution of the cylinder and by convection around the perimeter of the cylinder simultaneously. The wall heat conduction rate depends on conductivity of the tube and size of the tube thickness and the effect of wall conduction on convection heat transfer also depends on conductivity of the fluid and size of the tube radius for geometrically similar surfaces and cross flow conditions. A non-dimensional conjugation parameter has been used to express the effect of the circumferential wall heat conduction. The significant effects of wall conduction on the local convective heat transfer rate and local convective heat transfer coefficients around a circular tube is found when value of the conjugation parameter k* becomes smaller.

형상변수에 따른 나선형 원형핀-튜브 열교환기의 공기측 열전달 특성에 관한 실험적 연구

강태형(Taehyung Kang),이무연(Mooyeon Lee),김용찬(Yongchan Kim),윤성중(Sungjung Yun) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.5

본 연구의 목적은 무착상 조건에서 나선형 원형핀-튜브 열교환기의 형상변수에 따른 열전달특성을 고찰하고 평판 사각핀-튜브 열교환기와 열전달성능을 비교하는 것이다. 나선형 원형핀-튜브 열교환기는 Lfoot 길이 2.7 ㎜ 에서 열전달계수가 최대로 나타났으며, 공기측 열전달계수는 튜브열수가 2 열에서 5 열로 증가하면서 평균 10% 감소하였고 핀피치가 5 ㎜ 에서 10 ㎜ 로 증가하면서 평균 17.5% 증가하였다. 모든 풍량조건에서 나선형 원형핀-튜브 열교환기의 튜브피치 30 mm 가 35 ㎜ 보다 열전달량이 평균 5.1% 높게 나타났고 튜브두께 0.5 ㎜ 가 0.7 ㎜ 보다 열전달량이 평균 4.1% 높게 나타났다. 나선형 원형핀-튜브 열교환기의 열전달계수가 평판 사각핀-튜브 열교환기에 비하여 평균 24.3% 정도 높게 나타났다. The objective of this study is to investigate the air-side heat transfer characteristics of a spirally-coiled circular fintube heat exchanger for various geometric parameters under non-frosting conditions. The heat transfer characteristics of the heat exchanger were analyzed with respect to heat exchanger geometries, and then, the characteristics were compared with those of rectangular-plate fin-tube heat exchangers with discrete fins. The heat transfer coefficient increased with a decrease in the number of tube rows and an increase in the fin pitch. The optimum length of the L-foot was 2.7 ㎜. In addition, the heat transfer rate increased with a decrease in the tube pitch and the tube thickness. The heat transfer coefficient of the spirallycoiled circular fin-tube heat exchanger was 24.3% higher than that of the rectangular-plate fin-tube heat exchanger.

초음파 진동이 비등열전달 과정에 미치는 영향에 관한 실험적 연구

나기대,오율권,양호동 한국에너지학회 2006 에너지공학 Vol.15 No.1

본 연구에서는 비등열전달 과정동안, 초음파 진동이 열전달 과정에 미치는 영향에 관하여 실험적으로 조사해 보았다. 실험은 등온가열조건하에서, 40 kHz의 초음파 진동을 가진한 경우와 가진하지 않은 경우로 나누어 비등과정동안의 온도분포를 측정하였고, 대류상태와 과냉상태 그리고 포화상태에서의 열전달계수를 측정하여 열전달 향상율을 비교하여 보았다. 또한, 하이드로폰을 이용하여 초음파 가진시 매질내에 발생하는 음압분포를 측정하고 열전달 향상율과 비교하여 보았다. 실험결과, 비등열전달 과정에 초음파 진동을 가진한 경우, 가진하지 않은 경우와 비교하였을 때 열전달계수가 높게 나타나는 것을 확인하였으며, 특히 대류상태에서 열전달계수가 급격하게 증가하였다. 또한, 초음파 진동의 가진으로 인해 형성되는 음압은 진동자가 부착된 지점에서 주위보다 상대적으로 높게 형성되는 것을 실험적으로 확인하였으며, 초음파 진동으로 인해 형성된 높은 음압이 열전달 향상율에 영향을 미치는 원인의 하나로 작용하고 있음을 알 수 있었다. 결국, 초음파 진동에 의해 매질내에 발생하는 음압은 열전달 향상과 밀접한 관련이 있다고 사료된다.

흡수식 히트트랜스포머용 고온 흡수기의 열전달 성능 특성에 관한 실험적 연구

배경진,김정재,권오경 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.12

The high-temperature absorber is one of the largest components in the absorption heat transformer. It has a decisive effect on the overall system efficiency. Nevertheless, studies analyzing the efficiency of high-temperature absorber are incomplete and scarce. In this study, we designed an experimental apparatus similar to the conventional single-stage absorption heat transformer. The high-temperature absorber was used as the horizontal falling film with the copper floral tubes. The comprehensive heat transfer performance of the high-temperature absorber was analyzed based on its inlet condition parameters such as the film Reynolds number, strong solution concentration, hot water velocity, hot water temperature, and temperature of evaporation. The results indicate that the heat transfer performance of the high-temperature absorber was rapidly decreased after the film Reynolds number exceeded 50. Accordingly, we decided to use the film Reynolds number of 50 as an inflection point to determine the heat transfer performance in our experiment. At this point, the heat transfer rate and overall heat transfer coefficient were 4.42 kW and 1,367 W/m2K, respectively. 본 연구에서는 흡수식 히트트랜스포머용 흡수기에 대한 기초 설계 데이터를 제공하기 위해 기존 흡수식 냉동기에서 흡수기 전열관으로 사용된 Copper floral tube로 흡수기를 제작하여 1단 흡수식 히트트랜스포머의 작동 조건에서 실험을 진행하였다. 또한 흡수기의 운전조건에 따른 성능 특성을 파악하기 위해 온수 및 흡수액의 입구조건, 증발온도를 변화시켜가면서 성능 평가를 수행하였다. 이를 통해 얻은 결론은 다음과 같다. (1) 액막 레이놀즈수가 50이상에서는 액막두께에 의한 열저항이 증가하여 총괄 열전달계수의 증가정도가 급격하게 감소하였다. 따라서 1단 흡수식 히트트랜스포머에서 고온 흡수기의 액막 레이놀즈수는 50이 최적임을 확인하였으며, 이때 고온 흡수기의 열전달률과 총괄 열전달계수는 각각 4.42 kW, 1,347 W/m2K로 나타났다. (2) 흡수기 입구 농용액의 농도가 증가할수록 흡수기의 열전달률은 증가하였지만 총괄 열전달계수는 감소 하는 경향을 보였다. 또한 흡수기 내부의 압력이 동일할 때, 농용액의 농도가 증가할수록 흡수액의 포화 온도와 흡수 구동력이 상승하여 희용액 및 온수 출구온도가 증가하였다. (3) 고온수 관내 유속 증가에 따른 흡수기 열전달률의 증가정도는 관내 유속 1 m/s를 기준으로 크게 감소 하였다. 따라서 압력손실 및 펌프 동력을 고려하였을 때, 흡수기의 고온수 관내 유속은 1 m/s를 설계 기준 값으로 선정해야 한다. 고온수의 입구온도가 100℃에서 115℃로 증가함에 따라 흡수기의 열전달률은 약 47% 감소하였으며, 흡수기의 총괄 열전달계수는 실험 범위 내에서 관내 유속이 증가함에 따라 최대 약 23% 증가하였다. (4) 증발온도를 72℃에서 84℃까지 증가시켰을 때, 고온수 입구온도에 따라 흡수기의 열전달률은 평균적으로 4 kW씩 선형적으로 증가하였으며, 고온수의 입구온도가 100℃, 증발온도가 84℃일 때 흡수기의 열전달률이 가장 높게 나타났다. 반면 총괄 열전달계수는 농용액 유량이 동일할 때, 증발온도와 고온수 입구온도에 관계없이 일정한 값을 나타내었다.

마이크로채널 열교환기에서 채널 굽힘 각도에 따른 R-134a의 증발열전달 특성에 관한 연구

이해승(Hae-Seung Lee),전둥순(Dong-Soon Jeon),김영률(Young-Lyoul Kim),김선창(Seon-Chang Kim) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.6

마이크로채널 열교환기에서 채널 굽힘 각도에 따른 R-134a의 증발열전달 특성에 관하여 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 채널의 굽힘 각도가 120°, 150° 및 180°인 마이크로채널 열교환기에서 R-134a의 증발온도와 Reynolds수 변화에 따른 열전달 특성을 대향류 조건에서 실험하였으며, 실험결과 마이크로채널 열교환기에서 증발열전달량과 증발열전달계수는 R-134a의 레이놀즈수 증가에 따라 증가하였다. 또한 채널의 굽힘 각도가 120° 및 150°인 마이크로채널 열교환기는 증발온도 4.9~14.9 ℃에서 채널굽힘 각도가 180°인 마이크로채널 열교환기와 비교하여 평균 약 17.1% 및 13.3%로 증발열전달량이 증가하였으며, R-134a의 증발열전달계수는 채널의 굽힘 각도가 작을수록 증발열전달계수가 증가하는 것으로 나타났다. Experimental investigations have been carried out to examine the evaporative heat transfer characteristics of R-134a with the channel-bending angle (CBA) in microchannel heat exchangers. In this study, we examined the effects of evaporation temperature and Reynolds number of R-134a on the evaporative heat transfer characteristics of R-134a in microchannel heat exchangers with CBAs of 120°, 150°, and 180° under counterflow conditions. Experimental results show that the evaporative heat transfer rate and evaporative heat transfer coefficient increased with an increase in the Reynolds number of R-134a. Further, the evaporative heat transfer rate corresponding to CBAs of 120° and 150° increased to values greater than the evaporative heat transfer rate corresponding to 180° by approximately 17.1% and 13.3%, respectively, for evaporating temperatures in the range 4.9?14.9℃. The evaporative heat transfer coefficient was affected by the channel angle with increasing evaporative heat transfer coefficient at small channel bending angle.

수직원형관에서 초임계압 CO₂의 열전달 특성

유태호(Tae Ho Yoo),배윤영(Yoon Yong Bae),김환열(Hwan Yeol Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集B Vol.35 No.1

원자로의 안전을 확보하고 운전성능을 정확히 예측하기 위해서는 핵연료에서 초임계압 냉각재로 전달되는 열전달량을 예측하는 것이 매우 중요하다. 초임계압 유체에서 열전달은 유사임계온도 부근에서 급격하게 변화하는 물성의 영향을 크게 받아 열전달량이 증가하기도 하고, 특정한 질량유속과 열유속 조건에서는 열전달량이 감소하는 현상을 보이기도 한다. 본 연구에서는 초임계압수냉각로(SCWR)의 핵연료집합체 부수로의 수력 직경과 유사한 내경 4.57 ㎜ 원형관 안에서 상·하향 방향으로 흐르는 CO₂로 전달되는 열전달량(실제로는 원형관외벽온도)을 다양한 조건에서 측정하고 분석하였다. 총 7,250개의 실험결과를 기존의 초임계압 강제대류 상관식들로 예측한 결과와 비교하여 그 상관식들의 정확성을 검토하였으며, 부력매개변수 Grb/(Re<SUP>2.7</SUP>bPr<SUP>0.5</SUP>b를 도입하여 혼합대류 영역에서도 적용할 수 있도록 기존의 상관식을 확장하였다. 그리고 기존의 열전달열화 발생 조건을 본 실험의 열전달열화 조건과 비교하여 적용성을 평가하였다. At supercritical pressure, the physical properties of fluid change substantially and the heat transfer at a temperature similar to the critical or pseudo-critical temperature improves considerably; however, the heat transfer may deteriorate due to a sudden increase in the wall temperature at a certain condition of a mass and heat flux. In this study, the heat transfer rates in CO₂ flowing vertically upward and downward in a circular tube with a diameter of 4.57 mm under various conditions were calculate by measuring the temperature of the outer wall of the tube. The published heat transfer correlations<SUP>(6,7)</SUP> were analyzed by comparing their prediction values with 7,250 experimental data. By introducing a buoyancy parameter, a heat transfer correlation, which could be applied only to a normal heat transfer regime, was extended such that it can be applied to regime of heat transfer deterioration. The published criteria for heat transfer deterioration<SUP>(9~12)</SUP> were evaluated against the conditions obtained from the experiment in this study.