사인 웨이브 휜-관 열교환기의 공기측 성능에 관한 실험연구

김내현,조진표,윤백,Kim, Nae-Hyun,Cho, Jin-Pyo,Yoon, Baek 대한설비공학회 2004 설비공학 논문집 Vol.16 No.4

The heat transfer and friction characteristics of the heat exchangers having sinusoidal wave fins were experimentally investigated. Twenty-nine samples having different waffle heights (1.5 mm and 2.0 m), fin pitches (1.3mm to 1.7mm) and tube rows (one to three) were tested. Focus was given to the effect of the waffle configuration (herringbone or sinusoidal) on the heat transfer and friction characteristics. Results show that the sinusoidal wave geometry provides higher heat transfer coefficients and friction factors than the herringbone wave geometry, and the difference increases as the number of row increases. The i/f ratios of the herringbone wave geometry, however, are larger than those of the sinusoidal wave geometry. Compared to the herringbone wave geometry, the sinusoidal wave geometry yielded a weak row effect, which suggests a superior heat transfer performance at the fully developed flow region. Possible explanation is provided considering the flow characteristics in wavy channels. Within the present geometric range, the effect of the waffle height on the heat transfer coefficient was not prominent. The effect of the fin pitch was also negligible. Existing correlations highly overpredicted both the heat transfer coefficients and friction factors. A new correlation was developed using the present data.

제습이 수반된 공조용 증발기 습표면의 열전달계수 데이터 리덕션

김내현,오왕규,조진표,박환영,윤백,Kim, Nae-Hyun,Oh, Wang-Kyu,Cho, Jin-Pyo,Park, Hwan-Young,Yoon, Baek 대한설비공학회 2003 설비공학 논문집 Vol.15 No.1

Four different methods of reducing the heat transfer coefficients from experimental data under dehumidifying conditions are compared. The four methods consist of two different heat and mass transfer models and two different fin efficiency models. Data are obtained from two heat exchanger samples having plain fins or wave fins. Comparison of the data with the reduction methods revealed that the single potential heat and mass transfer model yielded the humidity independent heat transfer coefficients. Two different fin efficiency models - enthalpy model and humidity model - yielded approximately the same fin efficiencies and accordingly approximately the same heat transfer coefficients. The heat transfer coefficients under wet conditions were approximately the same as those of the dry conditions for the plain fin configuration. For the wave fin configuration, however, wet surface heat transfer coefficients were approximately 12% higher. The pressure drops of the wet surface were 10% to 45% larger than those of the dry surface.

만액식 증발기용 성형가공관의 풀비등 성능

김내현,김태형,박운진,Kim, Nae-Hyun,Kim, Tae-Hyung,Park, Woon-Jin 대한기계학회 2000 大韓機械學會論文集B Vol.24 No.1

In this study, pool boiling performance of Turbo/B-type metal-formed tubes was investigated. Tubes with three different cavity gap width(0.04 mm, 0.07 mm, 0.1 mm) were manufactured and tested using R-11, R-123 and R-134a. Tests were conducted at two different saturation temperatures $4.4^{\circ}C$ and $26.7^{\circ}C.$ Heat flux was varied from 10 kW/m2 to 50 kW/m2. It was found that optimum gap width varied for different refrigerants. For low-pressure refrigerants such as R-11 or R-123, optimum gap width was 0.07 mm. For high-pressure refrigerant R-134a, however, the optimum value was 0.1 mm. Compared with the heat transfer performance of the smooth tube, the metal-formed tubes enhanced the heat transfer coefficients significantly - 6.5 times for R-11, 6.0 times for R-123 and 5.0 times for R-134a (at $4.4^{\circ}C$ saturation temperature and 40 kW/m2 heat flux), which are comparable with the performance of foreign products. The heat transfer coefficients of R-134a were larger than those of R-11 or R-123, and they increased as the saturation temperature increased.

복합 전열 촉진 핀이 적용된 핀-관 열교환기의 성능에 대한 실험적 연구

김내현(Kim, Nae-Hyun) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.7

본 연구에서는 복합 전열 촉진 핀 열교환기의 열전달 및 압력손실에 대하여 실험적으로 검토하였다. 비교를 위하여 널리 사용되는 루버 핀 열교환기에 대한 실험도 수행하였다. 핀 피치(1.5mm~1.7mm)와 열수(1열~3열)를 변화시키며 열전달 및 압력손실에 미치는 영향을 검토하였다. 실험범위에서 핀 피치가 j와 f 인자에 미치는 영향은 크지 않았다. 열수가 증가하면 j 인자는 감소하고 f 인자는 열수와 무관하였다. 루버 핀의 j와 f 인자가 복합 전열 촉진 핀의 값들보다 크게 나타났다. 1열의 경우 평균 j 인자와 f 인자는 23%, 27% 크고, 2열에서는 11%, 8%, 3열에서는 10%, 9% 크게 나타났다. 하지만 동일 압력 손실 대비 전열 성능은 복합 전열 촉진 핀 열교환기가 1열에서 6.4%, 2열에서 11.1%, 3열에서 13.6% 크게 나타났다. 기존 루버 핀 상관식은 j 인자를 과대 예측하고 f 인자를 과소 예측하였다. In this study, heat transfer and friction characteristics of compound enhanced fin-and-tube heat exchangers were experimentally investigated. Louver-finned heat exchangers were also tested for comparison purpose. The effect of fin pitch on j and f factor was negligible. The j factor decreased as number of tube row increased. However, f factor was independent of number of tube row. Louver fin samples yielded higher j and f factors than compound enhanced fin samples. For one row, j and f factors of louver fin were 23% and 27% higher than those of compound enhanced fin. For two row, those were 11% and 8%, and for three row, those were 10% and 9%. However, heat transfer capacities at the same pressure drop of the compound enhanced fins were 6.4% for one row, 11.1% for two row and 13.6% for three row larger than those of louver fins, Existing louver fin correlation overpredicted the present j factors and underpredicted the present f factors.

공조용 알루미늄 납작관 내의 R-410A 대류 비등

김내현(Kim, Nae-Hyun) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.5

원관 열교환기보다 납작관 열교환기를 사용하면 전열성능을 한층 향상시킬 수 있다. 납작관 열교환기를 적절히 설계 하기 위해서는 관 내측 열전달계수를 알아야 한다. 본 실험에서는 수력직경 1.41㎜인 알루미늄 납작관 내 R-410A 대류 비등 열전달계수를 구하였다. 실험범위는 질량유속 200~600kg/㎡s, 열유속 5~15kg/㎡, 포화온도 5~15℃이다. 실험 결과 열전달계 수는 임계 건도를 기점으로 감소함을 보였다. 임계 건도는 열유속이 증가할수록 감소하고, 질량유속이 감소할수록 감소하였 다. 이는 높은 열유속 또는 낮은 질량유속에서 대류의 영향이 작게 되고 따라서 조기에 dryout이 발생되기 때문에 나타나는 현상으로 판단된다. 열전달계수는 질량유속이 증가할수록 증가하였다. 그러나 낮은 건도에서는 질량유속의 영향은 미미하였 다. 열전달계수는 포화온도가 증가할수록 증가하였다. 하지만 이런 경향은 열유속이 작아지면 감소하였다. Shah와 Kaew-On et al. 상관식은 본 실험자료를 적절히 예측하였다. Flat tube heat exchangers can improve the thermal performance significantly compared with round tube heat exchangers. For proper design of flat tube heat exchangers, one should know the tubeside heat transfer coefficients. In this study, convective boiling heat transfer coefficients of R-410A were obtained in a flat extruded aluminum tube with Dh=1.41㎜. The test range covered mass flux from 200 to 600kg/m2s, heat flux from 5 to 15kW/m2 and saturation temperature from 5℃ to 15℃. The heat transfer coefficient curve shows a decreasing trend after a certain quality(critical quality). The critical quality decreases as the heat flux increases, and as the mass flux decreases. The early dryout at a high heat flux results in a unique 'cross-over' of the heat transfer coefficient curves. The heat transfer coefficient increases as the mass flux increases. At a low quality region, however, the effect of mass flux is not prominent. The heat transfer coefficient increases as the saturation temperature increases. The effect of saturation temperature, however, diminishes as the heat flux decreases. Both the Shah and the Kaew-On et al. correlations reasonably predicted the present data.

복합 전열 촉진 핀이 적용된 핀-관 열교환기의 습표면 성능에 대한 실험적 연구

김내현(Kim, Nae-Hyun) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.9

본 연구에서는 복합 전열 촉진 핀 열교환기의 습표면 열전달 및 압력손실에 대하여 실험적으로 검토하였다. 비교를 위하여 널리 사용되는 루버 핀 열교환기에 대한 실험도 수행하였다. 핀 핏치(1.5mm~1.7mm)와 열수(1열~3열)를 변화시키며 열전달 및 압력손실에 미치는 영향을 검토하였다. 실험범위에서 핀 핏치가 j와 f 인자에 미치는 영향은 크지 않았다. 열수가 증가하면 j와 f 인자 모두 감소하였다. 복합 전열 핀 열교환기의 j와 f 인자가 루버 핀 열교환기의 값들보다 크게 나타났다. 1열의 경우 평균 j 인자와 f 인자는 11%, 43% 크고, 2열에서는 8%, 50%, 3열에서는 17%, 53% 크게 나타났다. 동일 압력 손실 대비 전열 성능은 복합 전열 촉진 핀 열교환기가 1열에서 2.0%, 2열에서 3.1%, 3열에서 8.4% 크게 나타났다. 실험 자료 를 기존 루버 핀 상관식과 비교하였다. In this study, wet surface heat transfer and friction characteristics of compound enhanced fin-and-tube heat exchangers were experimentally investigated. Louver-finned heat exchangers were also tested for comparison purpose. The effect of fin pitch on j and f factor was negligible. Both j and f factor decreased as number of tube row increased. Compound enhanced fin samples yielded higher j and f factors than louver fin samples. For one row, j and f factors of compound enhanced fin samples were 11% and 43% higher than those of louver fin samples. For two row, those were 8% and 50%, and for three row, those were 17% and 53%. Heat transfer capacities at the same pressure drop of the compound enhanced fin samples were 2.0% for one row, 3.1% for two row and 8.4% for three row larger than those of louver fin samples, Data were compared with predictions of existing louver fin correlations.

발전소 응축기용 전열 촉진관에 대한 연구

김내현(Nae-Hyun Kim) 한국태양에너지학회 1995 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.- No.-

본 연구에서는 발전소 응축기를 시뮬레이션할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 관 내외 측 열전달계수의 계산에는 기존 상관식들과 응축 모델을 사용하였고 ε-NTU 방법을 사용하여 응축기를 해석하였다. 실제 응축기를 모사하기 위하여 관다발 보정계수 및 화울링 계수도 도입하였다. 이 프로그램을 사용하여 기존 평관을 대체할 전열촉진관의 형상을 도출하였다. 시뮬레이션 결과 전열촉진관을 사용하면 증기 응축 온도를 6 - 8℃정도 낮출 수 있음을 알 수 있었다.

건물 공조용 냉수 코일의 열 설계

김내현(Kim, Nae-Hyun),변호원(Byun, Ho-Won) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.10

건물용 공기조화기의 냉수 코일은 작동조건에 따라 건표면, 습표면 또는 부분적인 습표면이 형성된다. 따라서 냉수코 일을 적절히 설계하기 위해서는 건표면과 습표면, 그리고 부분적 습표면에 대한 열전달 해석이 필요하다. 본 연구에서는 미소 체적에 대한 해석을 통하여 냉수코일의 성능을 계산하는 미소체적 모델을 제시하였다. 해석 모델의 예측치를 냉수코일 실험 결과와 비교한 결과 미소 체적 모델은 공기측 전열량을 10.1% 이내에서 예측하고 공기측 압력손실을 11..1%, 현열비도 5.7% 내로 예측하였다. 해석 모델을 활용하여 물측 회로의 변화가 냉수코일의 성능에 미치는 영향을 검토하였다. The surface of the cooling coil becomes dry, wet or partially wet depending on the operating condition. Thus, a proper design of the cooling coil should include a heat transfer analysis on dry, wet or partially wet surfaces. In this study, an elementary model, which analyzes the cooling on an elementaty basis, is proposed. Comparison of the predictions of the model with experimental data of the cooling coil revealed that heat transfer rates were predicted within 10.1%, airside pressure drop within 11.1% and sensible heat ratio within 5.7%. The model was used to investigate the effect of water circuitory on cooling coil performance.

종횡비가 다른 납작관 내 응축열전달 및 압력손실

김내현(Nae Hyun Kim),박지훈(Ji Hoon Park),차상진(Sang Jin Cha) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.12

본 연구에서는 내경 5.0㎜ 원관을 납작하게 한 납작관에 대하여 R-410A 를 사용하여 응축열전달실험을 수행하였다. 실험은 포화온도와 열유속을 각각 45℃ 와 10㎾/㎡ 으로 고정한 상태에서 질량유속과 건도를 변화시키며 수행되었다. 실험결과 납작관의 종횡비가 열전달계수에 미치는 영향은 유동양식에 따라 달리 나타났다. 환상류에서는 종횡비가 증가할수록 증가하고 성층류에서는 종횡비가 증가할수록 감소하였다. 한편 납작관의 마찰손실은 종횡비가 증가할수록 증가하였다. 기존 상관식들은 납작관의 열전달계수와 마찰계수를 적절히 예측하였다. In this study, condensation heat transfer coefficients of R-410A were obtained in flattened tubes made from round tubes with an inner diameter of 5.0 ㎜. The saturation temperature was 45°C; the heat flux, 10 ㎾/㎡K; the mass flux, 100?400 ㎏/㎡s; and the quality, 0.2?0.8. The results showed that the effect of the aspect ratio on the condensation heat transfer coefficient depended on the flow pattern. For annular flow, the heat transfer coefficient increased as the aspect ratio increased. For stratified flow, however, the reverse was true: the pressure drop increased as the aspect ratio increased. Existing correlations adequately predicted the heat transfer coefficients and pressure drops of the flattened tubes.

납작관의 종횡비가 R-410A 증발열전달 및 압력손실에 미치는 영향

김내현(Nae Hyun Kim),이을종(Eul Jong Lee),변호원(Ho Won Byun) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.4

본 연구에서는 내경 5.0mm 원관을 납작하게 한 납작관에 대하여 R-410A 를 사용하여 증발열전달 실험을 수행하였다. 실험은 포화온도를 15oC 로 고정한 상태에서 열유속을 5~15kW/m2, 질량유속을 200~400kg/m2s 로 변화시키며 수행되었다. 실험결과 납작관의 종횡비가 증가할수록 열전달계수와 압력손실 모두 증가하였는데 특히 종횡비 4 인 경우 증가폭이 현저하였다. 납작관의 실험결과를 기존 상관식들과 비교한 결과 열전달계수는 Shah 상관식, 마찰계수는 Jung and Radermacher 상관식이 적절히 예측하였다. In this study, R-410A evaporation heat transfer tests were conducted in flattened tubes made from 5-mm round tubes. The test range covered a saturation temperature of 15°C, heat flux of 5~15 kW/m2K, and mass flux of 200?400 kg/m2s. The results showed that both the condensation heat transfer coefficient and the pressure drop increased as the aspect ratio increased, with a pronounced increase for an aspect ratio of 4. A comparison of the flattened tube data with existing correlations revealed that the heat transfer coefficients were reasonably predicted by the Shah correlation, and the pressure drops were reasonably predicted by the Jung and Radermacher correlation.