공조용 핀튜브형 열교환기의 핀 형상에 따른 파울링 특성분석 (Experimental Study of Fouling Characteristics According to The Fin Shape of Finned Tube Type Heat Exchanger)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 35권 / 11호 / 549 ~ 556페이지
· 저자명 : 양수광, 강율호, 김주혁, 이응열, 김재영, 안영철

초록

본 연구에서는 핀 튜브형 열교환기의 핀 형상에 따른 열교환기 표면 파울링 특성을 분석하는 것을 목적으로 하였다. 핀 형상은 Wavy fin 열교환기와 Louver fin 열교환기를 열교환기 통과유속, 분진농도, 핀 간격에 따라서 비교분석 하였으며 주요 실험결과는 다음과 같다.
(1) 열교환기 통과유속에 따른 압력강하 증가율은 Wavy fin 열교환기는 통과유속이 1.2 m/s, 1.8 m/s일 때 모두 약 5.8배 증가하였고 Louver fin 열교환기는 1.2 m/s일 때 약 2.13배, 1.8 m/s일 때 약 1.83배 증가하였다.
(2) 분진 농도는 열교환기 파울링 포화값에는 영향을 미치지 않고 도달시간에 영향을 미치며 동일한 분진농도 조건에서 Wavy fin 열교환기가 Louver fin 열교환기에 비해 파울링 가속시간에 따른 압력강하 증가율이 크게 나타난다.
(3) 핀 간격에 따른 압력강하 증가율은 Wavy fin 형상 14 FPI 열교환기의 경우 약 7.46배 증가하였으며 17FPI 열교환기는 약 12.48배 증가하였다. Louver fin 형상의 경우 14 FPI 열교환기는 약 4.41배 증가였으며 17FPI는 약 5.15배 증가하였다.
(4) 열교환기 표면 분진 부착양상을 분석한 결과 Wavy fin 열교환기는 전반적으로 내부 Fin 사이에 분진이 부착되어 적층 되면서 표면 파울링이 지속됨에 따라 공기유동이 이루어지는 통로가 급격하게 막히는 양상이 발생하며 Louver fin 열교환기의 경우 난류유동을 유도하기 위한 Louver의 전체 부분에 분진이 부착되어 막히게 되고 평행한 Fin 사이에서의 분진 부착은 적게 발생하여 주 기류가 확보되는 양상을 확인하였다.
(5) 파울링 실험조건인 분진투입량 x1 (g), 핀 피치 x2 (mm), 열교환기 통과유속 x3 (m/s)에 따른 압력강하 측정값을 회귀분석하였으며 아래와 같은 예측식을 도출하였다.
Pft,pred= α0+α1x1 +α2x2+α3x3+α4x12+α5x22+α6x32+α7x1x2+α8x1x3+α9x2x3

영어초록

This study aimed to analyze fouling characteristics in fin-tube heat exchangers based on different fin shapes. Specifically, it compares wavy fin and louver fin heat exchangers. The experiments results showed that narrower fin spacing and higher flow rates resulted in significant pressure drop, increased thermal resistance, and reduced heat transfer performance. Wavy fin heat exchangers showed about 5.8 times and 2.13 times pressure drop increase at flow velocities of 1.2 m/s and 1.8 m/s, respectively. On the other hand, louver fin heat exchangers exhibited approximately 2.13 times and 1.83 times increase at the same flow velocities. Under the same particulate concentration conditions, wavy fin heat exchangers showed a higher pressure drop increase rate compared to louver fin heat exchangers over time. The pressure drop increase with respect to fin spacing was approximately 7.46 times and 12.48 times for the wavy fin shape heat exchangers with 14 FPI and 17 FPI, respectively. For the louver fin shape, the pressure drop increase was about 4.41 times and 5.15 times for 14 FPI and 17 FPI heat exchangers, respectively. Regression analysis was performed using fouling experimental conditions, dust input, fin pitch, and flow rate. Subsequently, a pressure drop prediction formula based on the experimental data was derived.

참고자료

· 없음