This thesis describes an experimental and numerical study on the convective heat transfer inside the scroll compressor. An experimental refrigeration system is composed with extensive instrumentations in the compressor that is operated at variable speeds. The 13 thermocouples installed inside the compressor monitor the temperatures of the scroll wrap during compression process of refrigerant. The temperature and the pressure of refrigerant at suction, and the pressure at discharge ports are measured, and applied to the numerical simulation as the operating condition parameters. The temperature measured at the discharge port is used to verify the simulation result with relevant heat transfer coefficient. This thesis describes the effect of motion of the orbiting scroll on the convective heat transfer in the scroll wraps. Separate experiments are performed to investigate the heat transfer in such a peculiar physical condition. With this experimental result, the effect of the oscillation of the wall on the heat transfer is quantitatively analyzed and applied to the simulation of compression process in scroll compressor. The whole consecutive compression processes in the scroll compressor is simulated in detail by solving equations of mass and energy balance for the refrigerant. The modified heat transfer coefficient correlation considering the effect of motion of the orbiting scroll predicts the discharge temperature better than other typical heat transfer coefficients.
본 연구에서는 누설과 열전달을 고려하여 스크롤압축기에서의 냉매압축과정을 실험 및 수치적으로 해석하였다. 특히 열전달이 냉매압축과정에 미치는 영향을 고려하기 위하여 스크롤과 냉매간의 열전달 모사 실험을 수행하였다. 열전달 모사 실험으로부터, 한쪽 벽면이 움직이는 경우의 유동에 있어서, 벽면이 움직이는 속도가 유동의 속도에 비해서 클수록, 즉 St수가 클수록 열전달이 더욱 잘 된다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한 벽면이 움직이는 진폭비가 1에 가까울수록 냉매와 벽면간의 열전달계수는 Re수에 관계없이 St수만의 함수가 된다는 사실도 확인할 수 있었다. 이로부터 진폭비가 1인 스크롤 사이에서의 유동에 대해서, 냉매와 스크롤간의 열전달은 Re수에 관계없이 선회스크롤의 움직임에 의해 열전달계수가 결정된다는 결론을 얻을 수 있었으며, 스크롤 사이에서의 유동에 적용가능한 열전달 관계식을 구하였다. 실험과 수치해석을 통한 압축기 토출온도에 대한 해석으로부터, 선회스크롤의 움직임을 고려한 열전달 관계식이 적용되는 경우에 실제 냉매의 토출온도와 수치해석 결과가 잘 일치하였으며, 이로부터 냉매 압축과정에 대한 해석에서 선회스크롤의 움직임을 고려한 열전달이 중요하다는 사실을 확인할 수 있었다.
