The objective of this thesis is to investigate the rotational effect on the Stirling type pulse tube refrigerator which is to be used as an on-board cooling system for superconducting rotor. The two-dimensional analysis model is applied to study thermohydraulic behavior of oscillating flow in the rotating pulse tube.
The linearized conservation equations of mass, momentum and energy of the gas are solved to obtain the first order variables. The enthalpy flow which is directly related to the refrigeration power is calculated in rectangular coordinates with the additional pressure term influenced by centrifugal force in rotating condition. According to the first order analysis, the net enthalpy flow in the pulse tube decreases with rotation, but not so significant with the actual operating conditions and the refrigerator geometry. On the bases of the first order solutions, the time-averaged mass flux and the steady component of the second-order temperature are also obtained. The effects of the rotation on the enthalpy flow loss due to the mass streaming are evaluated by this calculation results.
The slow rotation of the pulse tube reduces both the steady mass flux and the steady component of the second-order temperature which should result in the decrease of streaming-driven enthalpy flow loss. As the rotating speed increases more than a certain value, however, the mass streaming and steady temperature profile are generated in opposite direction. Therefore, the steady enthalpy flow loss increases again.
이 논문의 목적은 초전도 회전자의 냉각을 위한 탑재형 냉각 시스템에 사용될 수 있는 스털링형 맥동관 냉동기의 회전에 따른 성능의 변화를 예측하는 것이다. 회전하는 맥동관 내의 왕복흐름의 열수력학적 움직임을 해석하기 위해서 2차원 대칭 모델을 사용하였다.
맥동관 내부의 작동유체에 대한 선형화된 질량보존, 운동량보존 그리고 에너지 방정식을 이용하여 1차 해를 구하였다. 회전에 따른 원심력을 고려하기 위해서 반경방향의 압력 항을 추가로 고려하였으며 직교좌표계를 이용하여 냉동용량과 직접적으로 관련된 엔탈피 흐름을 계산하였다. 1차 해석에 따르면, 맥동관이 회전함에 따라서 맥동관 내의 정미 엔탈피 흐름이 감소하지만 실제 작동조건과 규격을 이용하여 계산해본 결과 변화량이 작은 것으로 나타났다. 1차 해를 바탕으로 해서 시간평균한 질량 플럭스와 2차 온도의 정상 항을 계산하였다. 이러한 계산 결과를 이용하여 질량 흐름에 의해서 발생하는 엔탈피흐름 손실의 회전에 따른 영향을 계산하였다. 낮은 회전속도에서는 회전속도가 증가함에 따라서 정상 질량 플럭스와 2차 온도의 정상 항이 감소하며, 결과적으로 정상 엔탈피 흐름 손실이 줄어들어 성능이 증가한다. 하지만, 회전속도가 더욱 증가함에 따라서 반대방향의 정상 질량흐름과 온도 분포가 발생함으로써 다시 정상엔탈피 흐름 손실이 증가하며 성능이 감소한다.
