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  수력직경 계산 질문
  글쓴이 : mattycho   고유ID : mattycho819     날짜 : 19-03-20 12:06     조회 : 183    
   sample.png (133.2K), Down : 8, 2019-03-20 12:06:45

안녕하세요, 열 교환기 설계팀 신입 입니다.
이중관 열교환기(pipe side & jacket side)를 적용하여 전열면적을 계산하고, jacket side의 면을 원형이 아닌
사각형 관으로 뱅글뱅글 두르려고 하는 컨셉입니다.(실제로는 유체가 잘 지나갈 수 있도록 baffle을 삽입할 예정)
결론은 jacket side의 내부 공간을 사각관으로 변환하는 작업입니다.
 여기에서 수력직경이 적용될 것이라는 힌트를 상사가 주었는데, 어떻게 적용을 하여야 할지 고민입니다.

일단 수력직경을 제쳐두고 제가 최대한 할 수 있는 방식으로 계산 하여 보았습니다.
이 상황에서 어떻게 수력직경을 적용할 수 있을런지요?

<주어진 값>
Di(pipe내경) :0.022m
Do(jacket내경) :0.025m
L(길이) : 21.5m
A(전열면적) : 약 1.5m2

1. 우선 jacket side의 단면적을 계산 하였습니다.
 (π*Do^2-π*Di^2)/4 = 1.11*10^-4 m2

2. 그리고 한 변이 a인 정사각형으로 환산하여 단면적을 계산 하였습니다.
 a*a = (1.11*10^-4 m2) , a = 0.0105 m

3. 전열면적 A(약 1.5m2)을 이용하여 사각관의 길이를 계산 하였습니다.
-Jacket 전열 면적계산
(π*Di) * L(21.5m) = 1.5m2
-사각형 환산 계산
(4*a) * L = 1.5m2 , L= 35.7m

결론
∴ jacket side를 사각형 관으로 바꾼 결과, 한 변이 0.0105m 이고 길이가 35.7m인 정사각관이 된다. 

첨부파일에 jacket 탱크의 형상이 있습니다. 참고 부탁 드립니다.



스테파노 Stefano   19-03-20 16:35
(1) 전열면적은 접촉하여 열이 흘러가는 면적을 의미하는데 여기서는 Pipe 외경에 해당하는 원둘레와 길이의 곱이됩니다. 

(2) Hydraulic Diameter
Jacket는 Spiral 형태로 둘렀는데 여기를 흐르는 유체의 흐름 단면적은 4각형 모양의 단면적에 해당하고 이 4각형 모양을 흐르는 유체의 차압 등을 계산하기 위해서는 동일 차압을 나타내는 "등가직경(Equivalent Diameter)"를 계산하기 위해 필요한 것이 "수력반경(Hydraulic Radius)"입니다.

수력반경이 구해졌을 때 이를 4배하면 <등가직경>이 됩니다.

*Hydraulic Radius, r_h = (흐름단면적)/(흐름 단면중 접액길이) = (a^2)/(4*a) = a/4..................(1) 
*Equivalent Diameter, de = 4 * r_h  = 4*(a/4)  = a ............................................................(2)  <--차압 계산용
...

(2) 압력손실계산 위한 등가직경
위의 계산에서 Spirial 관에서의 흐름저항 (벽면 마찰손실에 의한 Head 손실)은 관경 a에 해당하는 원형관과 동일한 압력손실을 적용하여 총 길이를 고려해야하고 추가로 Jacket가 Spiral로 감아져 있기 때문에 한번 감길때마다  1 Velocity Head 만큼의 Head 손실이 일어나는 것이 더해져야 전체 압력 손실을 계산할 수 있습니다.

(3) 열전달계수 계산을 위한 등가직경
Jecket 측 열전달은 Spiral중 Jacket와 수직으로 접하는 면만이 열전달에 사용되기 때문에 등가직경을 계산하는 방법이 달라집니다.  4각 단면중 하나의 변 길이에 해당하는 부분만 열전달에 사용되므로 <전열부분과 접하는 길이>는 a만 해당합니다

*열전달을 위한 Hydraulic Radius,  R_h = (흐름 단면적)/(전열부분과 접하는 길이) = (a^2)/a  = a...(3) 
*전열을 위한 등가 직경, De = 4 R_h = 4 a ...........................................................................(4) <---Heat Transfer계산용
mattycho mattycho819   19-03-21 09:12
감사합니다 스테파노님, 많은 도움이 되었습니다!
다시한번 참고하여 계산해보고 또 생각해보도록 하겠습니다
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