부산대학교 도서관

The present study carried out to analyze the flow and heat transfer characteristics in real furnace, and to evaluate the influence of the two major design factors for improving the flow mixing and heat transfer. The grid system were constructed by ANSYS ICEM(V.13) and numerical simulations were used by the commercial CFD program(ANSYS Fluent V.13). The fan plays important role in flow mixing and convective heat transfer in the furnace. Turbulent kinetic energy and turbulent intensity, which are directly related to the degree of flow mixing, increased gradually with increasing the fan speed. Accordingly, temperature uniformity was improved with fan speed increased due to enhancing the convective heat transfer. Moreover, when swirl flow is applied to the inlet gas, temperature uniformity was improved at lower section of the furnace. This is because swirl flow of the inlet gas was improved the flow mixing in vicinity of the gas inlet where does not be affected by rotational force of the fan. Especially, when controlling the swirl intensity of the inlet gas with lower fan speed, it is more energy efficient because flow mixing and temperature uniformity could be improved sufficiently.
본 연구에서는 실제 산질화 열처리로를 대상으로, 유동 및 열전달 특성을 수치해석적으로 분석하고, 유동의 혼합과 열전달을 증진시킬 수 있는 두 가지의 주요 설계 인자들에 대하여 분석하였다. ANSYS ICEM(V.13)을 이용하여 격자를 생성하였으며, 수치해석에는 상용 프로그램인 ANSYS Fluent(V.13)을 사용하였다. 로 상단부의 위치한 팬은 로 내부의 유동을 교반시키고, 유동 혼합에 의한 대류 열전달을 촉진시킨다. 팬 속도가 증가할수록 로 내부에서 유동 혼합이 향상되는 경향이 나타나며, 이에 따라서 로 내부에서 온도의 균일도가 향상된다. 또한 스월 유동으로 상온의 반응가스를 로 내부로 투입했을 때, 로 하단부에서 국부적으로 발생하는 온도의 불균일성이 개선됨을 알 수 있다. 이는 팬 회전력의 영향이 미치지 못하는 가스 투입구 근처에서 투입 가스의 스월 유동에 의해 유동 혼합이 증진되며, 이에 따라서 대류 열전달이 증진되는 것을 알 수 있다. 특히, 낮은 팬 속도에서도 투입가스의 스월 강도를 제어하면, 유동 혼합을 증진시키며, 온도의 균일성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.