Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권4호
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pp.59-69
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1996
냉동.공조 및 각종 화학공업에 널리 사용되는 열교환기인 응축기의 고성능화 및 합리적인 설계를 위해서는 냉매의 정확한 응축열전달률 예측과 그 메카니즘 규명이 필수 요건이다. 본 연구에서는 내경 9.7mm, 외경 12.7mm, 길이 1200mm의 수직 이중관 응축기의 압력강하 및 응축열전달특성을 실험적으로 밝혔다. 실험으로부터 Lockart-Martinelli의 상관 관계식을 이용한 수직 응축관내 압력강하 특성을 종래의 실험식들과 비교.검토하고 새로운 압력강하식을 제안하였다. 그리고 종래의 해석방법과는 달리 비환상류 모델을 가정한 해석결과로부터 전 유동양식에 걸쳐 적용할 수 있는 새로운 응축열전달 예측식을 제안하였다.
수평관내 증기분무류의 응축열전달에 관하여 실험을 행하고 상당 Reynolds수를 근거로한 열전달효과와의 비교에서 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 관내 응축증기 분무류일 경우의 벽면전단응력의 식은 다음과 같이 쓸 수 있다. root($\tau$하(0)/$\tau$하(0v))=1+1.46X 하(tt) 상(0.20). 2. 분무류의 응축열전달효과가 상당 Reynolds수에 의한 값보다 대체로 낮게 나타난 이유는 관내 반경 및 길이방향의 불균일한 액막형성에 의한 Reynolds수 측정값의 차이 때문이다. 3. 분무류의 응축열전달효과에 의한 N sub(u)의 값은 다음과 같다. N 하(u)=1.08$\times$[{$\rho$ 하(l) d/$\mu$ 하(l)}/{$\delta$+(2.5/P 하(rl)) ln(y 하(i)/$\delta$)}]$\times${$\tau$ 하(0)/ $\rho$ 하(l)} 상(1/2)
공랭식 응축기는 대기중의 공기를 이용해 스팀을 응축수로 전환시키는 발전용 냉각설비이다. 추운 겨울철, 공랭식 응축기는 열교환부 관내의 응축수가 동결되어 튜브 자체가 터지는 심각한 동파 문제를 수반한다. 이는 기존 공랭식 응축기 시스템이 가지는 튜브 출구의 구조적 문제로 인한 응축되지 않은 스팀 및 비응축성 기체의 역류가 주요 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 유사 모의 공랭식 응축기 시스템을 설계 및 제작하여 기존의 공랭식 응축기 시스템이 가지고 있는 문제점을 구현하고, 이를 해결하기 위한 설계가 가능함을 실험적으로 증명하였다. 기존 공랭식 응축기 시스템의 작동 원리와 유사한 조건에서 실시한 실험에서 역류에 의한 튜브 동결을 관찰할 수 있었다. 반면 신개념 공랭식 응축기 시스템을 적용한 실험에서는 역류 및 동결 발생없이 열교환이 잘 이루어짐을 확인할 수 있었다.
최근 원자력 발전소의 안전성을 획기적으로 향상시키기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있으며 특히 피동냉각계통의 연구개발이 아주 중요하게 부각되고 있다. 피동냉각계통의 열전달 방식으로는 응축열전달 양식이 주로 채택되고 있다. 이와 같은 맥락에서 부산대학교 Ahn & Yun (Ahn 등, 2014)은 새로운 수평관내부 응축 모델을 제시한 바 있다. 본 연구에서는 먼저 Ahn & Yun 이 제시한 수평관 응축 모델을 MARS 코드에 삽입하고 PASCAL 실험데이터를 이용하여 평가하였다. 이 평가결과를 통해 Ahn & Yun 모델의 코드적용에 있어 문제점을 규명하고 새로운 적용방법론을 적용하여 다양한 실험데이터로 다시 평가함으로써 MARS 코드의 향상된 응축 열전달 해석 능력을 확인하였다.
본 논문은 내경 7.73 mm와 5.80mm의 수평관내 프레온계 냉매 R-22와 탄화수소계 냉매 R-290과 600a의 응축 열전달 계수의 실험적 결과를 나타내었다. 실험장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등으로 구성된다. 응축 실험은 질량유속 $35.5{\sim}210.4\;kg/m^2s$이고, 응축온도 40$^{\circ}C$인 조건에서 수행하였다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다. 탄화수소계 냉매 R-290과 R-600a의 평균 열전달 계수는 프레온계 냉매 R-22보다 높게 나타났으며, R-600a의 평균 열전달 계수가 모든 관경에 대해 가장 높게 나타났다. 실험결과와 종래의 상관식을 비교한 결과, 모든 관경과 냉매에 대해 Haraguchi 등의 상관식이 가장 좋은 일치를 보였다. 그 중에서 Cavallini-Zecchin의 상관식은 7.73 mm 관경의 실험데이터와, Dobson 등의 상관식은 내경 5.80 mm 관경의 데이터와 좋은 일치를 보였다.
본 연구는 공급계 관에서 극저온 연료의 일부가 기화될 경우에 로켓엔진이 지속적으로 작동될 수 있는지의 여부를 묻는 문제와 관련되어 있다. 유동장 내에 증기가 발생하는 것을 모사하는 실험의 결과분석으로 관내의 압력조건에서 극저온 유체의 온도가 포화온도보다 낮을 경우 발생된 증기가 완전히 응축될 수 있다는 것을 확인하였다. 극저온 유체의 정상유동에서 비평형 응축영역을 계산하기 위한 경험관계식을 무차원형태로 구하였고, 이 경험관계식이 실제적으로 활용 될 수 있는 분야를 제시하였다.
In this study, condensation heat transfer experiments were conducted with two small diameter(ø7.5, ø4.0) tubes. Comparison with existing in-tube condensation heat transfer correlations indicated that the correlations overpredict the present data. For example, Akers correlation overpredicts the data upto 104%. The condensation heat transfer coefficient of the ø4.0 I.D. tube was smaller than that of the ø7.5 I.D tube; at the mass velocity of 300kg/$m^2$s, the difference was 12%. The pressure drop data of the small diameter tubes ware highly(two to six times) overpredicted by the Lockhart-Martinelli correlation. Subcooled forced convection heat transfer test confirmed that Gnielinski's single phase heat transfer correlation predicted the data reasonably well.
This paper presents an experimental investigation to visualize cross-sectional two-phase flow structure and identify liquid-gas interface for condensation of steam at a low mass flux in a slightly inclined tube using the axial-viewing technique, which permits to look directly into flow during condensation of steam. In this technique, two-phase flow is viewed along the axis of a pipe by locating a high-speed video camera in front of a viewer that is fitted at the outlet of the pipe. A short section of the pipe is illuminated and is recorded through the viewer, which is kept free of liquid by mildly introducing air. Experiments were conducted in a pipe of 19.05 mm in inner diameter at atmospheric pressure. Cross-sectional two-phase flow structure is obtained at a steam mass flux of $2.62kg/m^2s$ as a function of steam quality in the range from 0.5 to 0.9. The results show that stratified-wavy flow is a unique flow pattern observed in the scope of the present study. Condensate film thickness, stratification angle and void fraction were measured from the obtained flow structure images. Finally, heat transfer coefficient was calculated using the measurement data and discussed in comparison with existing correlations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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