• Journal of Biosystems Engineering
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• 제29권2호
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• pp.141-150
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• 2004

우리가 소비하는 가공 식품은 위생상 안전하도록 살균처리가 이루어진다. 식품 내에 존재할 수 있는 유해 세균은 일정 살균온도에서 살균에 필요한 시간 동안 노출되면 사멸하며, 일반적으로 살균온도가 높을수록 살균에 필요한 시간은 단축된다. 연속살균장치는 혼합 및 저장탱크에 담겨진 식품을 점프로 이동시키면서 가열 열교환기에서 살균온도로 가열하고 단열관을 거치는 동안 살균온도를 유지시켜 살균을 완료한다. 또한 살균된 식품은 냉각용 열교환기에서 상온으로 냉각되며 이 과정에서 회수되는 열은 저장탱크에서 유입되는 식품의 예열에 사용되어 에너지 효율을 제고하는데 사용되기도 한다. 이와 같이 관을 이동하면서 가열되는 살균장치는 기존의 배치식 살균방법에 비하여 균일하게 가열이 이루어지므로 130C의 고온으로 살균할 수 있어서 살균에 필요한 시간을 수초에서 수십초 정도로 단축시킬 수가 있고 그에 따라 열손상을 크게 줄일 수 있다. 또한, 상온으로 냉각된 식품을 포장함으로써 저렴한 가격의 포장용기를 사용할 수 있고 상온에서 저장할 수 있으므로 저장비용이 저렴한 장점이 있다. 그러나, 가공식품에 고기나 야채와 같은 고체 상태의 식품이 함유된 경우에는 액상 식품이 열 교환기에서 순간 가열되며, 고상 식품은 액상식품과의 대류에 의한 열전달로 가열된다. 이 과정에서 고상식품은 이동관 내벽이나 다른 고상식품과 부딪치거나 회전하면서 이동관 내부에서 자유롭게 운동하게 된다. 이 과정에서 액상식품과의 상대이동 속도가 발생하여 이것이 대류열전달에 영향을 미치게 된다. 이 상대이동속도에 따른 대류 열전달계수는 고상식품의 내부온도 결정에 사용되는 연속살균장치의 중요한 설계인자이다. 대류열전달계수는 연속살균장치에서 자유로이 이동하는 고상식품의 중심부의 온도를 측정하여 결정할 수 있으나 이는 현실적으로 어렵다. 따라서 본 연구에서는 고정된 고상식품에 액상식품을 이동시켜 상대속도를 재현하고 액상식품의 온도와 고상식품의 중심온도를 측정하는 장치를 개발하였으며, 각 상대속도와 액상식품의 점도 별 대류열전달계수를 결정하는 프로그램을 유한차분법을 이용하여 개발하였다. 이 장치를 분당 15, 30, 40 리터의 유량에서 유체의 점도를 0에서 15 centipoise 사이의 세 수준에서 정육면체 소고기를 모델 고상식품으로 내부 온도분포를 측정하였으며, 유한차분법 프로그램으로 대류열전달계수를 결정하였다. 대류열전달계수는 792에서 2,107 W/m$^2$로 분석되었다. 대류열전달 계수는 액상식품과의 상대속도가 증가함에 따라서 증가하였고, 점도가 증가함에 따라서는 감소하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제21권1호
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• pp.1-14
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• 1997

Natural convection cooling of discrete heaters located in a two-dimensional vertical open top cavity is investigated experimentally. The five discrete heaters with same heat generation are located on the wall of the cavity. The heaters are arranged in two configurations; flush-mounted on a vertical wall and protruding from the wall about 4.5 mm. The materials used for the vertical walls are copper and epoxy-resin, and air is used as the cooling fluid. The temperature and flow fields in the cavity were visualized by means of Mach-Zehnder interferometer and smoke-method. Also, local temperature measurements are made along the vertical wall. Results are obtained for cavity aspect ratios of 4.6, 7.5 and 9.5 and modified Rayleigh numbers ranging from 10$^{3}$ to 10$^{6}$ . Results indicate that the cooling efficiency for the copper wall is superior to that of the epoxy-resin. For the epoxy-resin wall, the protrusion of the heaters plays a role in decreasing the heat transfer performance. The location of maximum temperature is significantly influenced by the wall materials and heater configurations. Correlations relating the Nusselt number to the modified Rayleigh number are proposed.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.132-141
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• 1992

본 연구에서는 실제적으로 베나트 대류의 발생시 유체층의 상하면은 적당한 대류 열전달 계수를 가지고 있게 되는데, 이와 같은 경계 조건을 가진 가변 점성 유 체의 안정성은 연구된 바가 없다. 이에 따라 본 연구를 수행하게 되었으며 유체의 점성이 지수 함수적으로 (.nu.=.nu.o exp(-CT)) 변화할 경우를 관찰하였다. Fig.1은 대 상이 된 유체층을 보인 것으로 하부는 고정되어 있고 상부는 고정되어 있거나 자유 표 면 상태이다. 유체층의 하부는 상부보다 더 뜨겁게 되어 있는데, 이것은 유체층의 상부는 차가운 주위로 열을 빼앗기며 하부는 뜨거운 주위로부터 가열되기 때문이다. 이때 상하부의 냉각 및 가열 경계 조건은 대류경계 조건으로 주어진다. 열팽창 계수 는 양이며 온도의 증가에 따라 점성은 감소한다.이와 같은 온도-점성 관계, 수력학 적 경계조건, 열적 조건등은 프란틀 수가 큰 유체에서 표본적으로 나타나는 것들로서 선형적 안정 이론을 적용하여 옳은 결과를 얻을 수 있다.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.1584-1595
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• 1993

본 연구에서는 Re수가 40이하의 정상 층류유동에서 온도가 실린더와 자유유동 사이의 열전달계수에 미치는 영향을 수치해석적으로 연구하였다. 유체의 온도 Ta를 200~900K, 실린더의 온도Tw를 300~900K의 범위에서 Tm/Ta를 0.67~2.75까지 변화시 키며 계산을 수행하였다. 수치계산 결과를 분석하여 실험적으로 관찰하기 어려운 불성치의 변화가 열전달에 미치는 영향을 검토하고, 아울러 실린더가 자유유동에 의해서 냉각되는 경우 뿐만 아니라 가열되는 경우의 연구도 병행하였고, 두가지 경우 에 모두 적용할 수 있는 열전달관계식을 구하였다. 본 연구에서는 Gr/$Re^2$=0 이고 복사에 의한 열전달량은 강제대류에 의한 열전달량의 1%이하이므로 자연대류 및 복사열 전달의 효과는 무시하였다.