A Study on the Surface-Radiation Heat Transfer Characteristics in an Open Cavity with a Heat Source

발열체가 존재하는 개방된 정사각형공간에서 표면복사 열전달 특성에 관한 연구

The interaction between the surface radiation and the mixed convection transport from an isolated thermal source, with a uniform surface heat flux input and located in a rectangular enclosure, is stuied numerically. The enclosure simulates a practical system such an air cooled electric device, where an air-stream flows through the openings on the two vertical walls. The heat source represents an electric component located in such an enclosure. The size of this cavity is $0.1[m]{\times}0.1[m]$. The inlet velocity is assumed as 0.07[m/s] and the inlet temperature is maintained as $27^{\circ}C$. The inflow is kept at a fixed position. Laminar, two dimensional flow is assumed, and the problem lies in the mixed convection regime, governed by buoyancy force and surface readiation. The significant variables include the location of the out-flow opening, of the heat source and the wall emissivity. The basic nature of the resulting interaction betwwn the externally induced air stream and the buoyancy-driven flow generated by the source is investigated. As a result, the best location of the heat source to make the active heat transfer is 0.075[m] from the left wall on the floor. The trends observed are also discussed in terms of heat removal from practical systems such as electric circuitry.

본 연구에서는 개방된 정사각형 공간안에 일정한 열유속을 방출하는 발열체가 존재할 때, 부력과 표면복사를 고려한 혼합대류특성을 수치적으로 연구하였다. 본 연구의 대상인 유입구를 통해 유체가 흘러들어와서 다시 유출구로 나가는 정사각형공간은 공냉식 전자장비를 모사한 것이다. 이러한 공간안에 존재하는 발연체는 전자칩과 같은 발열성 전자부품을 나타낸다. 본 연구에서 채택한 모델의 크기는 높이 X 넓이가 $0.1[m]{\times}0.1[m]$이며 공간내부는 2차원 층류유동으로 간주하였다. 공기의 유입속도는 0.07[m/s]이고, 유입온도는 $27^{\circ}C$이며, 유입구의 위치는 일정한 위치에 고정되어 있다. 주요 변수로는 발열체의 열유속, 유출구의 위치, 발열체의 위치, 그리고 벽면이 방사율을 선택하였다. 본 연구에서는 외부로부터 유입되어지는 찬공기와 발열체에 의해서 부력의 상승하는 뜨거운 공기의 혼합에 의한 유동특성 및 열전달특성을 복사를 고려하여 고찰하였다. 결과로써 가장 열전달이 활발한 발열체의 위치는 바닥의 좌측벽으로부터 0.075[m]일때이다. 이러한 연구는 실제적으로 전자부품 같은 것의 효율적인 냉각목적에 적용되어질 수 있다.