Experimental Study on the Void Fraction of Phase Change Process in Microfin Tubes
저자
발행사항
Japan : Kyushu University, 2003
학위논문사항
Thesis(doctoral)-- Kyushu University: Department of Energy and Environmental Engineering 2003
발행연도
2003
작성언어
영어
주제어
KDC
539.9 판사항(4)
형태사항
xi, 187p. : Illustrations ; 26cm.
일반주기명
References: p. 125-126
소장기관
최근,환경 에너지 문제를 해결하는 것이 중요한 과제가 되고 있으며, 이에 여러가지 방법이 검토되어 지고 있다. 이것은 냉동,공조 시스템에도 예외 없이, 프레온의 회수, 리사이클, 톱 런너 방식의 결정 또는 시행되고 있다. 그 한가지로써 시스템의 성능을 최대로 하는 냉매충전량의 예측이 중요하지만, 냉동,공조시스템의 성능은 냉매충전량에 의존하고, 그 최적량을 예측하기 위해서는 전열관내의 기공율을 예측하는 것이 필요하다. 또, 전열관내의 압력손실과 전열특성을 명확히 하기 위해 기공율의 예측은 중요하다. 그러나, 최근, 광범위하게 실용되고 있는 마이크로핀관의 기공율에 관한 연구는 거의 수행되지 않았다. 본 논문은 이상과 관련하여 수평 마이크로핀관내 단열조건과 응축, 증발 하는 냉매의 기공율 특성을 실험적으로 검토함과 함께, 마이크로핀관내의 기공율의 예측법을 제안한 것이고, 총 6장으로 구성되어 있다. 제1장은,관내상변화과정에 대한 기공율에 관한 종래의 실험적 및 이론적 연구에 대해서 설명하고 본 논문의 의의, 목적, 구성을 나타내었다. 제 2장은, 본 연구에 사용된 실험장치, 유량, 온도, 압력측정에 사용된 센서의 정도 및 그것들의 측정방법에 대해서 설명하였다. 또, 시험전열관으로서 사용된 마이크로핀관의 사양, 기공율 측정방법, 실험데이타 정리방법, 시험법위 및 불확실성에 대해서 나타내었다. 제 3장은, 우선 제 1단계로서 단열상태의 평활관과 마이크로핀관의 기공율 특성을 히터가열 테스트섹션을 사용하여 실험적으로 측정하였다. 또, 마이크로핀관의 냉매의 흐름에 대한 유동양식을 관찰하였다. 그 결과, 질량속도에 따라 비교한 결과, 어떤 질량속도의 경우에도 증기건도가 증가하면, 플러그류, 슬러그류, 파상환상류로의 유동양식의 천이가 관찰되었다. 그러나, 질량유량 90kg/m2s의 경우, 본 실험에서는 환상류는 관찰되지 않았다. 단열상태에서의 평활관 및 마이크로핀관의 기공율을 측정한 결과, 평활관의 기공율은 냉매물성에 의존하지만, 질량속도에는 거의 영향을 받지 않음을 명확히 하였다. 균질류 모델의 예측치는 본 실험치보다 높은 값을 나타내었고, Smith의 식 및 Baroczy의 식과는 ±10%이내의 차이로 잘 일치함을 확인하였다. 또, 평활관의 기공율은 증기건도가 1 근방에서 1로 접근하였다. 마이크로핀관의 실험치는, 증기 건도의 전영역에 대해서 평활관의 실험치보다 낮은 값을 나타내었다. 마이크로핀관의 기공율은 냉매물성치에 의존하는 경향은 평활관과 동일하였지만, 질량속도의 영향을 강하게 받는 것을 명확히 하였다. 그러나,마이크로핀관의 기공율은 증기건도가 1 근방에서 1로 접근하지 않음을 확인하였다. 종래 제안된 평활관의 예측식(균질류모델, Smith, Baroczy, Zivi)은 마이크로핀관의 본 실험치보다 전반적으로 높은 값을 나타내었다. 또, 마이크로핀관의 기공율 예측식(Yashar et al.)도 본 실험치보다 높은 값을 나타내었다. 이 결과로부터, 현재까지 제안된 평활관 및 마이크로핀관의 기공율 예측식중 어떤 것도 마이크로핀관의 기공율 예측에 사용될수 없음을 보였다. 이상의 결과로, 새로운 마이크로핀관의 기공율 에측방법이 필요함을 명확이 하였다. 제 4장은,마이크로핀관의 기공율은 종래의 평활관 및 마이크로핀관의 예측식과는 경향이 다르기 때문에, 새로운 예측모델을 제안하였다. 유동양식의 관찰결과와 마이크로핀관의 형상을 고려하고, 기공율의 값으로부터 2개의 모델로 분리하여 취급된 물리모델을 고안하였다. 우선 Stratified Flow Model의 경우에는,관저부에는 액상이 흐르고, 그 이외의 마이크로핀부에는 액상이 충만되어 흐른다고 가정하였다. 관저부의 액상의 영역, 마이크로핀부의 액상의 영역, Vapor core 영역, 3개의 영역으로 분리하고, 각각의 영역에 운동량 보존식을 유도하고 각 영역에 대해서 주어진 기공율에 대해서, 액상과 기상의 속도를 수치적으로 구하고, 증기건도를 계산하였다. 한편, Stratified-Annular Flow 모델의 경우에는 기공율의 변화에 따른 흐름높이 에서 냉매는 각 마이크로핀부에 균등히 배분되어 흐른다고 가정하였다. 각 마이크로핀부의 액상의 영역, Vapor core의 영역의 2영역으로 구분하고, 각각에 운동량 보존식을 유도하고, 각 영역에서 주어진 기공율에 대해서, 액상과 기상의 속도를 수치적으로 구하고, 증기건도를 계산하였다. 그 결과, 예측모델의 계산치는 고 증기건도에서는 마이크로핀관의 기공율의 실험치와 잘 일치하였지만, 저 증기 건도에서는 마이크로핀관의 기공율의 실험치보다 낮은 값을 나타내었다. 속도에 관해서는, 기상의 평균속도는 전 증기건도영역에 대해서, 마이크로핀관의 기공율의 실험치로부터 구한 액상의 평균속도와 잘 일치하였지만, 기상의 평균속도는 저 증기건도에서는 실험치보다 높은 값을 나타내었고, 고 증기 건도에서는 실험치보다 낮게 예측하였다. 이것은, 현재 채용된 모델과 실제의 유동양식의 차이 때문으로 판단된다. 제 5장은, 수평 마이크로핀관에서의 응축, 증발하는 냉매의 기공율 특성을 물 열원의 시험부를 이용해서 실험적으로 측정하였다. 그 결과, 증발, 응축과정에서의 기공율은 냉매물성치에 의존하는 경향은 단열조건에서와 동일한 경향이었지만, 질량속도의 영향은 작음을 확인하였다. 또, 증발과정의 실험치도 응축과정의 실험치와의 동일한 압력 및 질량속도에서 비교결과, 동일한 경향을 보임을 확인하였다. 제 6장은 ,본 논문의 총괄을 나타내었다.
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