불균일한 복사조건하에 있는 히이트파이프 외벽과 확장표면의 결합구조에 대한 열적 성능 해석 = A Thermal Analysis of Heat Pipe Shell-Fin Structures Subject to Uneven Radiation

국문 초록 (Abstract)

본 논문의 목적은 히이트파이프 외벽과 확장표면이 결합된 구조물의 상하면에서 불균일한 복사조건이 가해질 때 구조물의 열적 응답과 성능을 연구하기 위한 것이다. 이와 같은 구조는 히이트파이프의 응축부 또는 증발부 외벽에 열전달 성능을 증진시키기 위해 서로 반대 방향으로 확장표면이 부착된 경우에 볼 수 있다. 본 연구의 대표적인 응용예로, 우주에서 인공위성이나 우주선 등에 사용되는 방열기 혹은 지상용으로는 온수급탕 태양열 집열기 등을 들 수 있다.
이론적 모델링과 수치해석에 의해, 히이트파이프 벽에서 원주방향으로의 온도분포는 물론 확장표면에서의 온도분포를 살펴보았다. 본 연구에서의 이론모델은 최근에 사용되는 선택적 도장의 효과를 고려하였으며, 정상 및 비정상상태의 해를 모두 제시하였다. 정상상태에 대한 해석의 결과 히이트라이프 외벽에 대해 열집중용량법 사용의 타당성을 보일 수 있었다. 확장표면의 폭이 대표적 설계변수로 고려되었으며, 핀의 효율과 집열효율을 작동온도와 확장표면 폭의 함수로 나타내었다. 한편, 표면의 성질들이 구조물의 열적성능에 미치는 영향도 검토되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to investigate thermal response of a heat pipe shell-fin structure that is subject to uneven radiation from upper and lowe sides. Such a structure would arise when fins are attached to opposing sides of the condenser or evaporator section of heat pipes to enhance the heat trensfer performance. Typical examples include radiators for space applications and solar energy collectors for water heating.
The temperature distribution in the circumferential direction of the heat pipe shell as well as that in the fin is examined via theoretical modeling and numerical analysis. The model accounts for the effects of selective coatings. Both steady-state and transient solution procedures are presented. Examination of the steady-state results justifies the use of a thermally-lumped formulation for the heat pipe shell region. The effect of fin width is investigated as a typical design variable. The fin effciency and the collector effciency are also presented as functions of heat pipe operation temperature and fin width. The influence of the surface properties on the thermal performance of the heat pipe shell-fin structure are also examined.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Intoduction
• Ⅱ. Theoretical Analysis
• Ⅲ. Numerical Modeling Procedure
• Ⅳ. Results and Discussion
• Ⅴ. Conclusions