열교환기는 에너지 변환 및 이용의 핵심 장비로서, 설계의 핵심은 열전달 계수를 높이고 열교환 과정에서의 에너지 소비를 줄이는 데 있다. 열역학 제2법칙의 엔트로피 생성 이론을 기반으로 튜브 다발형 열교환기에서 열전달과 유동 저항의 비가역 손실 메커니즘을 분석하였으며, 평균 엔트로피 생성, 난류 엔트로피 생성, 열전달 엔트로피 생성 및 벽면 엔트로피 생성을 포함하는 국부 엔트로피 생성 분석 모델을 구축하였다. 연구에서는 순열과 교차 배열된 튜브 다발의 유동 및 열전달 특성과 각 엔트로피 생성 분포 규칙을 확보하였으며, 튜브 배열 구조가 유동 열전달 비가역성에 미치는 영향을 정량적으로 연구하였다. 연구 결과, 난류 엔트로피 생성과 열전달 엔트로피 생성이 열교환기 전체 엔트로피 생성의 주요 구성 요소이며, 주로 벽면 근처 영역과 유동 분리된 후류 영역에 분포한다는 것을 보여주었다; 평균 엔트로피 생성, 난류 엔트로피 생성 및 벽면 엔트로피 생성은 가스 속도 증가에 따라 점차 증가하는 반면, 열전달 엔트로피 생성은 점차 감소한다. 다양한 튜브 배열 방식에 따라 총 엔트로피 생성이 최소화되는 최적 유속이 존재한다. 낮은 기상 유속에서는 교차 배열 방식이 시스템 전체 엔트로피 생성을 줄여 비가역 손실을 감소시키는 데 유리하며, 높은 유속에서는 순열 배열 방식을 사용하는 것이 권장된다.

튜브 다발 열교환기; 엔트로피 생성 분석; 순열 배열; 교차 배열