수치해석을 이용한 폐합성수지 열분해장치의 열교환기 개발 연구
The Study of Development of Heat Exchanger for Plastic Waste Pyrolysis Reactor by Numerical Analysis
- 주제(키워드) 유동 균일화 , CFD
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 金炯澤
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학부
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000011419
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
Human has taken a lot of effort to acquire technology and develop the new and renewable energy source by international situation such as fossil fuel depletion and global greenhouse gas emission limits under convention. As a result, the concept of reusing waste energy was added to consideration which environmental impact and economic aspects of waste disposal had mostly considered before. In particular, pyrolysis reactor having high potential for reusing waste energy has been researched actively and already known that pyrolysis method has a higher heat recovery and is more excellent on greenhouse gas reduction effects than other methods of reusing waste. In this study, using numerical analysis, research for development of pyrolysis reactor was conducted. First, by analyzing the distribution of combustion gas flow, we have figured out the structure problem of original model and then evaluated alternative models for more efficient flow distribution. By comparing the distribution of combustion gas flow of each alternative model, a model which has a more uniform flow pattern than others was selected as the most effective model. Next, the simulation of heat transfer phenomena in the heat exchange chamber was performed to study heat transfer characteristics of the pyrolysis reactor.
more초록/요약
최근 불안정한 국제 유가의 변동과 지구온난화 방지를 위한 기후변화협약 체결 등의 국제정세로 인해 국제적으로 신재생에너지 확보 및 기술개발․보급에 많은 관심이 집중되고 있다. 국내의 경우 1차 에너지로 사용되고 있는 신재생에너지중에 폐기물을 이용한 폐자원의 자원화가 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 특히 폐합성수지의 열분해 기술이 가장 큰 잠재력을 가지고 있다. 본 연구에서는 폐합성수지 열분해 기술의 에너지효율을 증가시키기 위하여, 전산수치해석을 이용하여 효율적인 에너지전달을 위한 열교환기의 최적 설계 연구를 수행하였다. 폐합성수지 열분해장치의 기본 구성은 열교환실과 열분해실로 구성되어 있으며, 고온의 가스가 열교환기로 유입되어 열전달부를 통과하면서 열분해실로 에너지를 전달하는 방식이다. 여기서 주요 관건은 에너지를 운반하는 고온의 가스가 열전달부로 균일하게 통과하는 것이며, 이를 통해 열전달부에서 열분해실로 균일하게 에너지가 전달되도록 설계하는 것이다. 우선, 전산수치해석을 이용하여, 원안 모델의 유동해석을 수행하였고, 열교환기 내에서의 고온의 연소가스가 유동 분포가 불균일하게 나타나는 것을 확인하였다. 열교환기에서 열분해실로 균일한 에너지를 전달하기 위해서는 고온의 가스의 균일한 유량분배가 이루어져야하며, 이를 위해서 4가지의 새로운 대안 모델들을 선정하여 유량분배 성능을 해석하였다. 새로운 대안 모델들은 총 20개의 열전달부가 설치되어 있으며, 내부로 유입된 연소가스가 모두 열전달부를 통과하는 구조이다. 또한, 열전달부로 균일한 유량분배를 유도하기위하여 열교환실에 Mixing부를 설치하였고, Mixing의 형상 변수를 변경하며 유량분배 성능을 비교 분석하였다. 가장 이상적인 유량분배 성능은 20개의 열전달부로 각각 5%씩 고온의 가스가 유입되는 것이며, 5%를 기준으로 유량의 평균 편차와 표준 편차를 계산하여 유량분배 성능을 평가하였다. 또한, 열전달 해석을 수행하기에 앞서 간단한 테스트를 통해 DO모델을 복사모델로 선정하였으며, 유량분배 성능해석 결과를 바탕으로 원안 모델과 대안 모델의 열전달 해석을 수행하였다. 유량분배 성능 해석과 열전달 성능 해석을 결과를 비교하면, 유량분배 성능이 우수할수록 열전달 성능도 우수함을 알 수 있었다. 이러한 과정을 통하여, 열전달 성능이 우수한 모델을 찾았고, 유량분배 성능과 열전달 성능의 상관관계를 확인 할 수 있었다. 그럼으로, 폐합성수지 열분해장치의 열교환기로 유입된 에너지가 열분해실로 균일하게 전달되기 위해서는 고온의 가스가 열전달부로 균일하게 유입되도록 설계하는 것이 중요한 요소임을 확인하였다.
more목차
제1장 서론 1
제1절 연구 배경 1
제2절 연구 목적 및 범위 2
제2장 열교환실의 유동 해석 3
제1절 해석 이론 3
제2절 원안 모델 유량 분배 성능 해석 5
제3절 대안 모델 해석 개요 14
제4절 배출구 덕트 형상 선정 17
제5절 Attempt A 유량 분배 성능 분석 19
제6절 Attempt B 유량 분배 성능 분석 28
제7절 Attempt C 유량 분배 성능 분석 47
제8절 Attempt D 유량 분배 성능 분석 59
제3장 열교환실의 열전달 해석 72
제1절 열전달 모델 선정 72
제2절 열전달 성능 해석 75
제4장 결론 83
참고문헌 85
Abstract 86
