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원관내 왕복유동에서 비정상 열전달 관계식의 공식화
A new formulation for unsteady heat transfer of oscillatory flow in a circular tube

박상진    (한국기계연구원  ); 이대영   노승탁  
  • 초록

    왕복유동에 의한 순간 열전달현상은, 왕복유동의 두가지 특성인 왕복주파수와 왕복거리를 나타내는 .betha.와 .gamma.에 의하여 결정되고, 그 특성에 따라 세영역으로 나누어짐을 확인하였다. 영역 I에서는 일방향유동에서와 마찬가지로 열유속이 평균온도차에 비례하고, 영역 II에서는 열유속과 평균온도차간에 약 45.deg.의 위상차가 발생하지만 모두 1차 조화성분이 주로 나타났다. 한편 영역 III의 경우에는 위상차가 생길뿐만 아니라 평균온도차에 고차 조화성분이 나타났다. 기존의 방법인 복소 Nusselt수를 고차 조화성분까지 확장하면 열유속을 평균온도차로 나타낼 수 있지만 각 조화성분의 정보를 다 알아야하므로 실제 적용이 불가능하였다.


    Heat Transfer with periodic fluctuation of fluid temperature caused by oscillatory flow or compression expansion can be out of phase with balk fluid-wall temperature difference. Newton's law of convection is inadequate to describe this phenomenon. In order to solve this problem the concept of the complex Nusselt number has been introduced by severla researchers. The complex Nusselt number expresses out of phase excellently while the first harmonic is dominant in the variations of both fluid-wall temperature difference and heat flux. However, in the case of oscillatory flow with non-linear wall temperature distribution, the complex Nusselt number is not appropriate to predict the heat transfer phenomena since the higher order harmonic components appear in periodic temperature variation. Analytic solutions to the heat transfer with an sinusoidal well temperature distribution were obtained to investagate the effect of non-linear wall temperature distribution. A new formula considering the thermal boundary layer was suggested based on the solutions. A comparison was also made with the complex Nusselt number. It was verified that the new formula describes well the heat transfer of oscillating flow even if the first harmonic component is not dominant in the fluid-wall temperature difference.


  • 주제어

    왕복유동 .   비정상 열전달 .   복소 누셀수 .   비선형 벽온도분포 .   열경계층.  

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  • 박상진 (12)

    1. 1996 "원관 내 왕복유동에 따른 열전달특성의 실험적 연구" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B 20 (6): 1959~1970    
    2. 1996 "담수화 기술현황 및 연구동향" 大韓造船學會誌 = Journal of the society of naval architects of Korea 33 (4): 53~66    
    3. 1997 "다공성 재생기의 방향성을 고려한 왕복유동 수치해석" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B 21 (12): 1668~1678    
    4. 2003 "랩온어칩을 위한 중합효소 연쇄반응 칩의 열설계" 硏究論文集 : 한국기계연구원 = Transactions of the KIMM 33 (): 17~25    
    5. 2006 "전산해석에 의한 일체형 원자로용 주냉각재 펌프의 성능분석" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B 30 (8): 818~824    
    6. 2006 "SMART 연구로 주냉각재펌프의 검증시험" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B 30 (9): 858~865    
    7. 2008 "에너지기계기술-Plant-IT 융합기술 개발 현황" 機械와 材料 = State of the art report 20 (3): 17~27    
    8. 2008 "에너지기계기술-역삼투막 시스템을 위한 에너지회수장치(Energy Recovery Device; ERD)의 기술개발 동향" 機械와 材料 = State of the art report 20 (3): 37~47    
    9. 2008 "철강공정에서의 충돌제트냉각 기술현황" 機械와 材料 = State of the art report 20 (1): 115~129    
    10. 2009 "선회유동 교란에 따른 벤투리 유량측정의 불확실성 해석" 유체기계저널 = Journal of fluid machinery 12 (6): 18~25    

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