3축 대칭 형상의 꼬임관 내 유동 및 열전달 특성 분석 (Analysis of Flow and Heat Transfer Characteristics in a Three-Axis Symmetrical Twisted Tube)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 49권 / 7호 / 369 ~ 379페이지
· 저자명 : 신유훈, 최훈기, 박용갑

초록

본 연구는 다양한 단면 형상과 피치 간격을 가진 꼬임관의 유동 및 열전달 특성을 수치적으로 분석하였다. 수치해석은 일정한 벽 온도 조건과 Re 수 10,000 ~ 30,000 범위의 난류 조건에서 수행되었다. 분석 결과, 꼬임관은 매끄러운 튜브에 비해 열전달 성능과 압력 강하가 동시에 증가하였다. 특히 PST 단면은 평균 Nu 수와 마찰계수 f에서 가장 높은 값을 기록하였다. 피치 간격이 짧을수록 유체 혼합이 촉진되고, 벽면 접촉면적 증가로 인해 열전달 성능과 압력 강하가 동시에 향상되었다. 성능 평가 지표 (PEC)는 Re 수 18,000에서 PST가 피치 간격 Lp = 10D일 때 1.81로 최대값을 기록하였다. 이 결과는 PST 형상과 짧은 피치 간격이 고성능 열교환기 설계에 효과적임을 보여준다.

영어초록

This study numerically analyzed the flow and heat transfer characteristics of twisted tubes with different cross-sectional shapes and pitch lengths. Numerical simulations were conducted under constant wall temperature conditions and turbulent flow regimes with Reynolds numbers ranging from 10,000 to 30,000. The twisted tubes exhibited a simultaneous increase in heat transfer performance and a decrease in fluid pressure compared to smooth tubes. In particular, the cross-section of a petal-shaped tube (PST) demonstrated the highest average Nusselt number and average friction factor. Shorter pitch lengths enhanced fluid mixing and increased the wall contact area, leading to concurrent improvements in heat transfer performance and pressure drop. The performance evaluation criterion reached a maximum value of 1.81 for the PST configuration with a pitch length of Lp = 10 D at Re = 18,000. These findings suggest that the PST geometry with a short pitch length is effective for high-performance heat exchanger design.

참고자료

· 없음