차량용 오일쿨러의 성능 향상을 위한 수치해석을 기반으로 하는 최적 설계
A Numerical Analysis for the Optimum Design
- 주제(키워드) 오일 쿨러(Oil Cooler) , 다공성물질처리 기법(Porous Media Approach) , 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics) , 열전달(Heat Transfer) , 압력 강하(Pressure Drop) , 상관관계식(Correlation Map) , 최적 설계(Optimal Design)
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 허남건
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046585
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
최근 자동차의 엔진의 성능 향상 및 엔진룸의 축소로 인해 차량에 사용되는 부품과 장치의 고효율 및 안전성이 요구된다. 특히, 자동차에 사용되는 열교환기는 엔진 및 자동변속기 시스템과 같은 자동차의 주요 장치들을 작동 온도로 유지함으로써 차량의 성능에 직접적으로 영향을 미친다. 이러한 자동차용 공기조화 장치에 사용되는 열교환기 중에, 오일 쿨러(Oil Cooler)는 자동변속기 시스템의 내부를 유동하는 오일의 온도 상승을 방지하기 위하여 오일을 냉각시키는 장치이다. 본 연구에서는 오일 쿨러의 열전달 및 압력 강하 특성에 대한 해석을 위하여 미시적 해석 기법에 기반을 둔 준미시적 해석 기법을 사용하여 연구를 진행하였다. 미시적 해석에서는 오일 쿨러 내부의 휜의 복잡한 형상을 구현하였고, 오일 쿨러 내부의 유동 특성을 고려하여 원통형 좌표계에서 z방향 유동과 방향 유동에 대한 해석을 수행하였다. 준미시적 해석에서는 다공성물질처리 기법을 사용하여 미시적 해석 결과에서 얻은 휜 형상의 압력 강하 특성과 열전달 특성을 적용하였고 오일 쿨러 전체의 열전달 특성과 압력 강하 특성을 예측하였고 이를 실험값과 비교하여 검증하였다. 본 연구에서는 또한 오일 쿨러의 열전달 및 압력 강하 특성을 최적화하기 위하여 중심합성법을 토대로 수치 해석을 수행하여 오프셋 스트립 휜의 형상 변수와 성능 변수간의 상관관계 식을 얻었다. 오일 쿨러의 압력 강하 특성과 열전달특성을 동시에 고려하기 위하여 JF factor를 사용하였다. 그리고 반응 표면법(Response Surface Method)을 사용하여 최적 설계안을 제시하였다.
more초록/요약
In the present study, a CFD simulation was carried out to investigate the heat transfer and pressure drop of fin-tube heat exchanger which has an annulus with offset strip fin. In a microscopic way, the detailed geometry of offset strips fins was modeled, and a study was performed for acquiring characteristics of heat transfer and pressure drop of offset strip fins locally. Considering characteristics of flow inside annulus, pressure drop was investigated both z-direction and θ-direction in cylindrical coordinates. Then, the characteristics of heat transfer and pressure drop were represented as function of velocity component to apply to a semi-microscopic analysis. In the semi-microscopic analysis which based on microscopic analysis, the overall performance of annulus was predicted by using porous media approach. The results of the present study were fairly well agreed with experimental data of both heat transfer and pressure drop. Design optimization were also performed to enhance the heat transfer and pressure drop characteristics of an automotive oil cooler by using CFD method. To improve the performance of the automotive oil cooler, offset strips fin shape in the oil cooler was optimized by using response surface method(RSM). The central composite method was employed for reducing the number of numerical analysis and obtaining correlation map. The optimum design of offset strips fin was proposed by using non-dimensional factor such as colburn j factor, fanning f factor and JF factor.
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