DAILY PAPER REVIEW

0719_Optimal design of transverse ribs in tubes for thermal performance enhancement

 

 

1. Title & Journal
Journal: Energy, 35 (2010), IF: 2.952
Title: Optimal design of transverse ribs in tubes for thermal performance
Author: Kyung Min Kim, Beom Seok Kim, Dong Hyun Lee, Hokyu Moon, Hyung Hee Cho*

2. Background of authors
Corresponding author: Hyung Hee Cho
Affiliation: Department of Mechanical Engineering, Yonsei University, Republic of Korea
Background information:
-    연세대학교의 기계공학부의 정교수로 Minnesota에서 박사 학위를 취득하고 열전달과 가스 터빈에 대한 연구를 하고 있음
-    현재까지 국제 저널에는 80여편의 논문을 출판하였음

3. Summary
    2차 반응표면법(Response Surface Method, 이하 RSM)을 사용하여 순환 채널에서의 가장 높은 냉각 효과를 획득하기 위해 횡단아치(transverse rib)의 형상을 최적화를 수행한 논문이다. 아치의 높이, 넓이, 경사를 설계 인자로하여 최적의 아치를 도출하였다. (이 논문에서 개인적인 관심 사항은 RSM을 어떻게 구조 최적화에 사용하였는지에 있기 때문에 열유동에 관한 지식은 되도록이면 배제하고 기술하겠습니다)
 
    3개의 설계 인자를 선택하였기 때문에 2차 RSM 방정식은 위와 같다. RSM을 이용한 설계 최적화는 다음 흐름도와 같다.
 
    설계 인자를 선택하고 선택된 설계 변수와 그 범위 내에서 열역학적 특성을 이해하고 이를 통해 DOE(design of experiments)를 사용하여 설계 지점을 선택한다. 그 다음, 수치적 모사(numerical simulation)를 시행하고 그 결과를 바탕으로 회귀 분석(regression analysis)을 실행하고 ANOVA(analysis of variance)를 통해 추정 방정식(approximation equation)을 만들고 steepest descent와 같은 최적화 기법을 통해 최적의 값을 도출한다.
    여기서 목적함수(최적화하고자 하는 대상)는 Petukhov에 의해 제안된 경험식(empirical equation)으로 K?rm?n-Nikuradse 방정식을 근사하게 피팅한 것으로 다음과 같다.
 
다음 그림은 결과인데 그림 a는 Nu ratio(목적함수의 분모항)를 아치의 넓이 대 높이비(w/e)와 아치의 넓이 대 아치간의 간격 대 높이(l/e)로 나타내면 다음의 반응 표면을 얻을 수 있다.
 
    결과적으로 최적의 디자인 포인트는 e/D=0.116, l/e=9.106, w/e=2.337으로 판명되었다.

4. Originality & Creativity
RSM을 이용하여 냉각 효과를 극대화하는 최적화된 횡단아치 형상을 도출할 수 있었다.

5. Further applications
    현재 제가 진행하고 있는 spacer design에 활용하여 최적의 spacer 형상을 도출하는 방향으로 적용할 수 있을 것 같습니다.

6. Contact (to reviewer)
minkyupark@gist.ac.kr

첨부 (1)
92.0719_박민규_변환.pdf
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