Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers (한국추진공학회지)

The Korean Society of Propulsion Engineers (한국추진공학회)
권호 표지

Optimization of a Convective Rectangular Profile Annular Fin

대류 직각 형상 환형 휜의 최적화

  • 강형석 (강원대학교 기계ㆍ메카트로닉스 공학부) ;
  • 조철현 (강원대학교 기계ㆍ메카트로닉스 공학부)
  • Published : 2003.03.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The rectangular profile annular fin with fixed volume is optimized using 2-dimensional analytic method. For a base boundary condition, convection from fluid within the pipe to the inside wall of the pipe and conduction from the inside wall of the pipe to the fin base are considered. Heat loss from the fin tip radius is not ignored. The maximum heat loss, the optimum fin tip radius and the optimum fin half thickness corresponding to the maximum heat loss are presented as a function of fin base radius, Biot number over the fin surface and Biot number within the pipe. Results show 1) the maximum heat loss increases as both Biot number over the fin surface and Biot number within the pipe increase and as fin base radius decreases 2) the optimum fin thickness increases as Biot number within the pipe decreases or as fin base radius and Biot number over the fin surface increase.

체적이 일정할 때 복사열을 고려하지 않은 직각 형상 환형 휜을 2차원 해석적 방법을 사용하여 최적화한다. 휜 바닥 경계 조건을 위하여 파이프 내의 유체로부터 파이프 내벽까지의 대류와 파이프 내벽으로부터 휜 바닥까지의 전도를 고려한다. 휜 끝 반경을 통한 열손실은 무시되지 않는다. 최대 열손실, 최대 열손실이 일어날 때의 최적의 휜 끝 반경 그리고 최적의 휜 두께의 반이 휜 바닥 반경, 휜 표면 주위의 Biot 수 그리고 파이프 내의 Biot 수의 함수로 나타내어진다. 결과들은 1) 파이프 내의 Biot 수와 휜 주위의 Biot 수가 증가함에 따라, 휜 바닥 반경이 감소함에 따라 최대 열손실은 증가하며 2) 파이프 내의 Biot 수가 감소하거나 휜 바닥 반경과 횐 주위의 Biot 수가 증가함에 따라 최적의 휜 두께는 증가한다.

Keywords

References

  1. Mikhail, A. G., 'Fin Gaps and Body Slots: Effects and Modeling for Projectiles and Missiles,' J. Spacecraft, Vol. 25, No.5, 1988, pp. 345-353. https://doi.org/10.2514/3.26011
  2. Berry, S. A. and Nowak, R. J., 'Effects of Fin Leading Edge Sweep on Shock-Shock Interaction at Mach 6,' AIAA-96-0230, 1996.
  3. 강형석, 윤세창, '열교환 향상을 위한 경사각이 다른 사다리꼴 휜에 대한 성능해석,' 한국추진공학회지, 제3권 제2호, 1999년 6월, pp. 16-24
  4. Ullmann, A. and Kalman, H., 'Efficiency and Optimized Dimensions of Annular Fins of Different Cross-Section Shapes,' Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 32, No.6, 1989, pp. 1l05~1110 https://doi.org/10.1016/0017-9310(89)90010-0
  5. Zubair, S. M., AI-Garni, A. Z. and Nizami, J. S., 'The Optimal Dimensions of Circular Fins with Variable Profile and Temperature Dependent Thermal Conductivity,' Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 39, No. 16, 1996, pp.3431~3439 https://doi.org/10.1016/0017-9310(96)00011-7
  6. Chung, B. T. F. and Zhou, Y., 'Optimal Design for Convecting-Radiating Annular Fins of Trapezoidal Profile,' ASME 35th National Heat Transfer Conference 2001-20191, 2001
  7. Sikka, S. and Iqbal, M., 'Temperature Distribution and Effectiveness of a Two-Dimensional Radiating and Convecting Circular Fin,' AIAA Journal, Vol. 8, No.1, 1970, pp. 101 ~ 106 https://doi.org/10.2514/3.5612
  8. Lau, W. and Tan, C. W., 'Errors in One-Dimensional Heat Transfer Analysis in Straight and Annular Fins,' ASME Journal of Heat Transfer, Vol. 95, 1973, pp. 549 - 551 https://doi.org/10.1115/1.3450110
  9. Look, D. C., 'Fin on a Pipe (Insulated Tip): Minimum Conditions for Fin to Be Beneficial,' Heat Transfer Engineering, Vol. 16, No.3, 1995, pp. 65-75 https://doi.org/10.1080/01457639508939858
  10. Lalot, S., Tournier, C. and Jensen, M., 'Fin Efficiency of Annular Fins made of Two Materials', Int. J. Heat Mass Transfer, Vol.42, 1999, pp. 3461-3467 https://doi.org/10.1016/S0017-9310(99)00009-5