확관볼 외경이 에어컨용 휜-관 열교환기의 접촉열저항에 미치는 영향 평가 = Evaluation of Effect of Outer Diameter of Expanding Bullet on Thermal Contact Resistance of Fin Tube Heat Exchanger for Air Conditioner

국문 초록 (Abstract)

접촉열저항은 휜-관 열교환기의 열전달 메커니즘에서 주요 매개 변수 중 하나이다. 하지만 열교환기 설계 과정에서 접촉열저항 측정의 어려움과 정확한 데이터의 부족으로 인해 관 외벽과 휜칼라 사이의 접촉에 의한 열저항을 무시하거나 혹은 특별한 언급 없이 공기측 열저항에 포함시키는 경우가 많아 정량적인 연구가 부족한 상황이다. 본 연구에서는 접촉열저항에 영향을 미치는 요인을 조사하였고 유한요소 구조해석을 통해 휜-관 계면의 접촉거동을 확인하였다. 평균접촉압력과 접촉면적을 통해 확관볼 외경 변화에 따른 휜-관 계면에서의 접촉열저항을 분석하였고 실험을 통해 열교환기 성능 평가를 수행하였다. 확관볼 외경 6.70 ~ 6.72 mm 구간에서 구조해석 결과 접촉면적은 큰 차이가 없으나 평균접촉압력의 증가로 인해 접촉열저항이 감소하였다. 이 결과는 확관볼 외경 6.70 ~ 6.72 mm 구간에서 열교환기의 열교환량이 증가하는 경향과 일치하였다. 6.72 ~ 6.76 mm 구간에서는 열교환기의 열교환량 증가 폭이 1% 이하로 감소하였다. 이 구간은 평균접촉압력이 수렴하는 구간이며 전체 열저항 중에서 접촉열저항의 영향도가 1% 이하로 감소하는 구간으로 해석된다. 확관볼 외경 6.74 ~ 6.76 mm 구간에서 구조해석 결과 접촉면적과 평균접촉압력이 크게 감소하여 접촉열저항이 크게 증가하였다. 이 결과는 6.76 ~ 6.78 mm 구간에서 열교환기의 열교환량이 크게 감소하는 경향과 일치하였고 확관볼 외경과 열교환기의 열교환량 간의 변화 경향이 바뀌는 구간이 존재한다는 것을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The thermal contact resistance is one of the important parameters affecting the heat transfer performance of the fin-tube heat exchanger. However, due to the difficulty of measuring the thermal contact resistance and the lack of accurate data during the design process of the heat exchanger, the thermal contact resistance caused by the contact between the outer wall of the tube and the fin collar is often ignored or included in the thermal resistance of air side without special mention. In this study, factors affecting the thermal contact resistance were investigated and the contact behavior of the fin-tube interface was confirmed through finite element structural analysis. The thermal contact resistance at the fin-tube interface according to the change in outer diameter of the expanding bullet was analyzed through average contact pressure and contact area, and performance of the heat exchanger was evaluated through experiments. As a result of structural analysis of outer diameter of 6.70 ~ 6.72 mm of the expanding bullet, there was no significant difference in the contact area, but the thermal contact resistance decreased due to the increase in the average contact pressure. This result coincided with the tendency of heat transfer of the heat exchanger to increase in the section with outer diameter of 6.70 ~ 6.72 mm of the expanding bullet. In the 6.72 ~ 6.76 mm section, the increase in heat transfer of the heat exchanger was reduced to less than 1%. This section is the section where the average contact pressure converges, and it is interpreted as a section where the influence of the thermal contact resistance among the total heat resistance decreases to 1% or less. As a result of structural analysis in the section with outer diameter of 6.74 ~ 6.76 mm of the expanding bullet, the contact area and average contact pressure were greatly reduced, and the thermal contact resistance was greatly increased. This result coincides with the tendency of heat transfer of the heat exchanger to decrease significantly in the 6.76 ~ 6.78 mm section, and it was confirmed that there is a section in which the change trend between outer diameter of the expanding bullet and heat transfer of the heat exchanger changes.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 2
• 1.1 연구배경 2
• 1.2 선행연구 5
• 1.3 연구목적 10
• 제 2장 휜-관 열교환기 접촉열저항의 이론적 배경 26
• 제 3장 확관볼 외경에 따른 휜-관 열교환기 유한요소 구조해석 39
• 3.1 유한요소 구조해석 모델링 및 조건 39
• 3.2 유한요소 구조해석 결과 42
• 제 4장 확관볼 외경에 따른 휜-관 열교환기 성능 평가 68
• 4.1 실험 열교환기 선정 68
• 4.2 실험 장치 및 방법 69
• 4.3 휜-관 열교환기 성능실험 결과 70
• 제 5장 결론 84
• 참고 문헌 85
• Abstract 90