Heat transfer coefficients for natural convection in the enclosed space between two vertical cylinders maintained at different uniform temperatures such as Ti=90℃, To=30℃ were determined. Also, surface temperatures of the inner cylinder were calculated numerically for the same geometry having a constant uniform heat source $\dot{q}$ = 6803 KW/㎥ in the inner cylinder.
In the former case, the effect of vertical position (ie. elevation) of the inner cylinder on heat transfer was studied. In the latter case, to see the effect of conductivity of the inner cylinder on the temperature distribution or heat flux of the inner surface, the conductivity of the inner cylinder were varied by a kind of material. For the enclosure geometry, the heat transfer media of two cases were air above and electric transformer oil below the interface which exists between those fluids. Rayleigh number of the oil for the inner cylinder, 4.1 × $10^5$ was used.
In results, in the case of the isothermal boundary, heat transfer coefficient was increased at the lowest position of the inner cylinder. In the case of the uniform heat source, if the conductivity of the inner cylinder is larger than 17 W/m℃, the internal boundary condition can be assumed to be isothermal boundary condition on the inner surface.
밀폐 공간 내부에 발열물체를 갖는 열전달계에 대한 자연 대류 연구는 에너지와 관련된 응용 분야에 많이 이용될 수 있다. 그 일례로 주상 변압기는 내부 1, 2차 코일에서 발생한 열을 외부로 발산시켜야 하는데 이러한 열발산이 충분하지 않으면 내부에 축적된 열에너지에 의해 변압기의 수명 및 안전사고에 지대한 영향을 미친다. 그러므로 본 논문에서는 변압기 내부의 열에너지 축적을 감소시키기 위한 한 방법으로 내부 코일의 중력 방향 이동에 따른 열전달 특성을 수치해석 방법으로 연구하였다.
연구 내용으로는 첫째, 내부 발열 물체를 단위체적당 일정한 열발생체로 가정하여 내부 물체의 열전도계수 변화에 따른 열전달 특성을 연구하였다. 또한 내부 물체 표면의 온도분포 및 국부 Nusselt수를 구하여 이 표면의 물리적 특성을 수학적으로 간단한 경계조건으로 가정할 수 있는지 여부를 검토하였다. 둘째, 윗 결과를 토대로 내부물체의 중력방향 이동에 따른 열전달 특성을 연구하였다.
수치해석의 결과로 첫째, 단위체적당 일정한 열발생량이 6803kw/㎥이고, 내부물체의 열전도 계수가 17 w/m℃ 이상이면, 내부물체 표면의 경계조건을 일정한 온도로 가정할 수 있다. 둘째, 내부 및 외부 온도 경계 조건이 30℃, 90℃ 일때 내부물체가 밀폐 공간 밑면에 근접할 때 열전달율이 내부물체 밀면에서의 높은 열전도 영향으로 증가함을 보였다.
