An Experimental Study on Convection Heat Transfer in an Oscillating Flow of a Heater Tube for Stirling Cycle Machines

스터링 사이클기기용 가열기 원관내부 왕복유동에서의 열전달에 관한 실험적 연구

An experimental study on convection heat transfer characteristics from a heated tube to an oscillating flow has been carried out, . This problem is of particular interest in the design of heat exchangers in Stirling cycle machines. Experimental system has been developed to measure temporal variations of temperature inside a heater tube during oscillating modes in a Stirling cycle machine. The dependence of temperature distributions and heat transfer rates on the oscillating frequency as well as the swept volume ratio and the mean pressure of a Stirling cycle machine is investigated in detail. The experimental results indicate that the measured temporal variations of temperature become nearly sinusoidal. The amplitude of temperature variation in the core of the tube is much more substantial than that near the tube wall, whereas the reverse is true for pulsating flows. It is also found that the heat transfer rate is increased significantly as the oscillating frequency or oscillating amplitude or the mean pressure in a tube is increased.

본 연구에서는 원관외벽에 일정 열유속이 가해지는 스터링 사이클용 가열기 튜브내부로 열전달이 일어나는 경우 원관내부의 유체온도의 시간적 변화를 측정하여 왕복유동에서의 열전달 특성을 규명하고자 하였다. 본 실험에서 사용한 물리적 모델 을 Fig.1에 나타내었으며, 스터링기기에서와 같이 원관의 양끝에서 2개의 피스톤이 90˚의 위상차를 가지면서 왕복운동하도록 설정하였다. 이와같은 왕복유동에서 일정 열유속이 주어진 경우 진동수, 체적 치환비, 원관내부의 평균압력이 온도 및 열전달 특성에 미치는 영향을 실험적으로 규명하였다. 그리고 원관내부 작동 유체의 영향을 규명하기 위해 스터링기기에서 작동유체로 많이 사용되는 헬륨 뿐아니라 공기도 사용 하여 그 결과를 비교하였다.