다중관형 CO2 급탕열교환기의 열적성능에 대한 해석연구 (An analytical study on the thermal performance of multi-tube CO2 water heater.)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 17권 / 8호 / 23 ~ 30페이지
· 저자명 : 장근선, 최연성, 김영재

초록

본 연구에서는 길이 4.5 m와 7.5 m의 다중관 CO2 급탕 열교환기의 열전달 및 압력강하 특성을 -NTU 방법을 사용하여 해석하고 결과를 기존의 실험 데이터와 비교하였다. 급탕 열교환기는 쉘측에 물이 흐르고 8개로 구성된 내부 튜브에 CO2를 흐르게 하였으며 열전달 효율을 최대화하기 위하여 대향류로 설계하였다. 각 노드에 대한 물과 CO2 냉매의 유동에 대한 에너지 평형 방정식은 단면분할법을 이용하여 해석하였다. 열전달율 계산값은 실험값과 ±5 % 범위 내에서 잘 일치하였다. 반면에 물의 출구온도는 물 유량이 증가함에 따라 거의 선형적으로 감소하며 계산값과 실험값은 ±3 % 내에서 일치하였다. 결과에서 열전달율은 4.5 m와 7.5 m 급탕 열교환기 모두 물 유량 또는 CO2 입구온도가 증가함에 따라 거의 선형적으로 증가하였으며, 반면에 물 유량이 증가함에 따라 물의 출구온도는 선형적으로 감소하였다. CO2 압력강하 계산값과 실험값은 CO2가 고유량일 때 5 % 내에서 잘 일치한 반면에 CO2가 저유량일 때 실험값이 약 20 % 높게 나타났다.

영어초록

In this study, the heat transfer and pressure drop characteristics were evaluated for multi-tube CO2 water heaters with lengths of 4.5 m and 7.5 m. The evaluation was done using the -NTU method, and the results were compared with experimental data. Water flows through the shell side of the water heater, while CO2 flows through 8 inner tubes. The heater uses a counter-current design to maximize the heat transfer efficiency. The energy balance equation describing the flows of CO2 and water for each node is set up using the section-by-section method. The calculated heat transfer rates agree well with the experimental data within ±5 % error. The outlet water temperature decreased linearly with the increase of the water flow rate. The calculated heat transfer rates agreed well with the experimental data within ±3 % error. The results show that the heat transfer rate increases almost linearly with the increase of water flow rate or CO2 inlet temperature in both the 4.5-m and 7.5-m water heaters, whereas the water outlet temperature linearly decreases with the increase of the water flow rate. The comparison of the CO2 pressure drop between the calculation and experiment results shows good agreement at the high CO2 flow rate within 5 % error, but the value is about 20 % higher in the experimental pressure drop at the low CO2 flow rate.

참고자료

· 없음