수평 원관 내에서 비뉴톤 유체의 복합대류 열전달에 관한 연구 = A Study on Combined Convective Heat Transfer to Non-Newtonian Fluids in a Horizontal Circular Tube
저자
김용진 (공주대학교 기계공학과)
발행기관
公州大學校工科大學生産技術硏究所(KONGJU NATIONAL UNIVERSITY INDUSTRIAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE)
학술지명
권호사항
발행연도
1993
작성언어
Korean
KDC
504
자료형태
학술저널
수록면
97-116(20쪽)
제공처
균일 가열 경계조건하에서 수평 원관의 열적 입구영역(thermal entry region)에 있어서 비뉴톤 유체의 층류 자연대류 및 강제대류의 복합열전달 현상을 실험적으로 조사하였다. 원관 內 유동의 속도분포는 시험관 입구에서 완전히 발달되었다. 비뉴톤 유체로는 sodium carboxymethylcellulose(CMS)가 사용되었으며, 이들 용액의 유동은 멱함수 모델인 τK=γ??에 잘 부합되었다. 이 폴리머용액 농도는 pseudoplastic특성을 나타내는 범위에서 선택되었고, 멱함수 상수 K와 n를 결정하기 위한 시험용액의 점 데이터는 회전형점도계를 이용하여 얻어졌다.
사용된 銅시험관의 크기에 있어서는 小시험관은 지름이 3.823㎝, 大시험관의 지름은 5.042㎝이며, 길이는 모두 약 300㎝이다. 서로 상이한 실험조건하에서 수행된 실험에서 부력에 의한 주목할만한 제2차 유동(secondary flows) 현상이 나타났으며, 이러한 유동현상은 강제대류만을 고려한 경우에 비해서 상당한 열전달율의 증가를 야기시겼다. Ra/Gz²≒1은 제2차 유동의 개시에 대한 적절한 평가기준이 되었다.
본 실험 데이터를 바당으로 얻은 복합대류열전달율과 온도의 존물성(temperature-dependent properties), 자연대류효과, 그리고 비뉴톤효과와의 관계를 나타내는 상관 관계식을 제안하였다.
The case of combined free and forced convective heat transfer in non-Newtonian fluids was experimentally investigated in uniformly heated horizontal tubes with laminar flow in the thermal entry region. Velocity profiles were fully developed at the entrance to the heated sections of the tubes. Aqueous solutions of sodium carboxymethylcellulose(CMC) were used; their behavior showed a reasonably good fit into the power-law model, τK=γ??.
The test sections used were made of copper with inside diameeters of 3.825㎝ and 5.042㎝ and lengths of approximately 300㎝. Most experimental runs displayed noticeable secondary flows caused by buoyancy; when present, secondary flows caused significant increase in the rate of heat transfer over the purely forced-convection case.
A correlation, which relates the rate of heat transfer for flows with temperature-dependent properties, free convection effects, and non-Newtonian effects, was suggested.
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