다양한 배플 인자에 따른 셀-튜브 열교환기의 열전달 및 압력강하특성에 관한 수치해석
Numerical analysis for heat transfer and pressure drop characteristics of “Shell-tube” heat exchanger with various baffle factor
2
조회
0
다운로드
2
인용
0
참고문헌
키워드
초록
셀-튜브 열교환기는 산업분야에서 가장 널리 사용되는 열교환기이다. 열교환기의 열적 성능을 개선하기 위하여 셀-튜브 열교환기에 대해 배플의 배치, 배플의 방향, 배플의 표면의 돌기형상 등의 인자를 변경하였으며, 유동의 박리 및 경계층해석에 적절히 이용되는 SST 난류모델을 적용하여 열전달특성을 고찰하였다. CFD해석시 경계조건는 셀측의 입구온도를 344K로 일정하게 하고, 물의 유량을 6, 12,18, 24 l/min로 변화시켰다. 그 결과로는 지그재그형 배치가 열전달률 및 압력강하가 향상되는 것으로 나타났으며, 배플의 방향은 기존형보다 수직형 및 각도 45°형이 열전달이 향상되는 것으로 나타났고, 압력강하는 거의 차이가 없었다. 또한 배플의 돌기형상은 열전달면적을 증가시킴으로써 열전달률 및 압력강하가 향상됨을 알 수 있었다. 해석결과를 통하여 열전달 증가가 유동의 박리, 유체의 체류시간, 튜브와의 접촉면적, 유량, 와류 등에 따라 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.
Abstract
In numbers of kinds of heat exchanger, the shell-tube heat exchanger is the most commonly usedtype of heat exchanger in the industry field. In order to improve the thermal performance of the heat exchanger,this study was analyzed heat transfer characteristics according to arrangement of baffle and directionof baffle and bump phase of baffle about shell-tube heat exchanger using appropriate SST (Shear StressTransport) turbulence model for flow separation and boundary layer analysis. As the boundary condition forCFD (Computational Fluid Dynamics) analysis, the inlet temperature of shell side was constantly 344 K andthe variation of the water flow rate was 6, 12, 18 and 24 l/min. As the result of analysis, zigzag baffle arrangementenhances heat transfer rate and pressure drop. Furthermore, in the direction of the baffle, heattransfer rate is more improved with vertical type and angle 45° type than existing type, and pressure dropwas little difference. Also, the bump shape of baffle surface contributes to heat transfer rate and pressuredrop improvement due to the increased heat transfer area. Through analysis results, we knew that the increaseof the heat transfer was influenced by flow separation, fluid residual time, contact area with the tube, flowrate, swirl and so on.
참고문헌 (12)
- M. Kovarik, "Optimal heat transfer", Journal of Heat Transfer Ⅲ, pp.287~293 (1989), American Society of Mechanical Engineers
- H. Li, "Effect of baffle spac-ing on pressure drop and local heat transfer in shell-and-tube heat exchangers for staggered tube arrangement", International Journal of Heat and Mass Transfer, 41(10), pp.1303~1311 (1998)
- S. C. Lee, "Effect of baffle parameters on heat transfer in shell and tube heat exchangers", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B, 21(1), pp.185~194 (1997)
- 오규남, "쉘-튜브 열교환기에서 배플 인자에 따른 열전달 특성 연구", 설비공학 논문집, 22(9), pp.599~604 (2010), 대한설비공학회
- J. A. Hong, "A simulation do single-tube heat exchanger with annular baffles", Proceeding of the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, pp.1029~1034 (2012)
- Y. H. Shin, "A numerical study of heat transfer and flow characteristics in shell and tube heat exchanger", Proceeding of the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, pp.1070~1073 (2011)
- 이상혁, "Shell & Tube 열교환기 Shell 측 열전달 및 유동에 대한 수치해석", 한국전산유체공학회지, 12(3), pp.13~19 (2007), 한국전산유체공학회
- 임태우, "판형 핀을 가진 원통-다관형 열교환기의 열전달 특성에 관한 연구", 한국산학기술학회논문지, 10(1), pp.46~51 (2009), 한국산학기술학회
- O. D. Bae, "A study on heat transfer characteristics and pres-sure drop of heat transfer by baffle cut rate", Proceedings of the Korea Society of Marine Engineers, pp.172~177 (2005)
- "ANSYS Fluent Theory Guid, ANSYS Fluent v. 14", ~ (2013)
- J. Y. Park, "A comparative study of PISO, SIMPLE, SIPMLE-C algo-rithms in 3-dimensional generalized coordinate systems", Transactions of Korean Society for Computational Fluids Engineering, 1, pp.26~34 (1996)
- H. G. Myung, "CFD introduction", pp.323~328 (2002), Munundang