곡관부 하류에 핀휜이 부착된 회전 냉각유로의 최적설계

문미애; 김광용

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자료유형: 학술저널

저자정보: 문미애 (인하대학교) 김광용 (인하대학교)

저널정보: 한국유체기계학회 한국유체기계학회 논문집 유체기계저널 제13권 제5호

발행연도: 2010.10

수록면: 43 - 53 (11page)

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This study investigates a design optimization of a rotating two-pass rectangular cooling channel with staggered arrays of pin-fins. The radial basis neural network method is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis of fluid flow and heat transfer with shear stress transport turbulent model. The ratio of the diameter to height of the pin-fins and the ratio of the streamwise spacing between the pin-fins to height of the pin-fin are selected as design variables. The optimization problem has been defined as a minimization of the objective function, which is defined as a linear combination of heat transfer related term and friction loss related term with a weighting factor. Results are presented for streamlines, velocity vector fields, and contours of Nusselt numbers, friction coefficients, and turbulent kinetic energy. These results show how fluid flow in a two-pass square cooling channel evolves a converted secondary flows due to Coriolis force, staggered arrays of pin-fins, and a 180° turn region. These results describe how the fluid flow affects surface heat transfer. The Coriolis force induces heat transfer discrepancy between leading and trailing surfaces, having higher Nusselt number on the leading surface in the second pass while having lower Nusselt number on the trailing surface. Dean vortices generated in 180° turn region augment heat transfer in the turning region and in the upstream region of the second pass. As the result of optimization, in comparison with the reference geometry, thermal performance of the optimum geometry shows the improvement by 30.5%. Through the optimization, the diameter of pin-fin increased by 14.9% and the streamwise distance between pin-fins increased by 32.1%. And, the value of objective function decreased by 18.1%.

#Optimization(최적설계) #Rotating Cooling Channel(회전냉각유로) #The Coriolis force(코리올리력) #Heat transfer(열전달)

참고문헌 (22)

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1. [학술지(정기간행물)] - Metzger D. E / 1982 / Developing Heat Transfer in Rectangular Ducts with Staggered Arrays of Short Pin Fins / Transactions of ASME 104 : 700 ~ 706

2. [학술지(정기간행물)] - Goldstein R. J / 1994 / Convective Mass Transfer and Pressure Loss Characteristics of Staggered Short Pin-Fin Arrays / International Journal of Heat and Mass Transfer 37 (1) : 149 ~ 160

3. [학술지(정기간행물)] - Kim K. Y / 2009 / Optimization of a Stepped Circular Pin-Fin Array to Enhance Heat Transfer Performance / Heat Mass Transfer 46 : 63 ~ 74

4. [학술지(정기간행물)] - Li P / 2008 / Multiobjective Optimization of Staggered Elliptical Pin-Fin Arrays / Numerical Heat Transfer, Part A 53 : 418 ~ 431

5. [학술대회논문] - Wright L. M / 2003 / Effect of Rotation on Heat Transfer in Narrow Rectangular Cooling Channels(AR=8:1 and 4:1) with Pin-Fins / Proceedings of ASME Turbo Expo 2003

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