홍익대학교 기계공학실험 증기압축식 열펌프 실험보고서

소개글

홍익대학교 기계공학실험 증기압축식 열펌프 실험보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 관련 이론
3. 실험 장치
4. 실험 과정 및 순서
5. 실험 결과 및 토의
6. 참고문헌

본문내용

1
2
3
4
5
응축기에서의 회수 열전달률 [W]
806.74
1070.08
1078.44
1070.08
1128.6
③ Indicate each process on P-h diagram of refrigerant.
Test
1
2
3
4
5
256.54
241.79
238.19
234.59
232.22
상태
과냉상태
292
358
351
342
331
0.28504
0.18009
0.22211
0.20429
0.19256
④ Coefficient of Performance(COP)
Test
1
2
3
4
5
열역학적성능계수(COP2)
2.3890
3.5846
3.9855
4.9291
6.2216
시스템성능계수(COP1)
1.9178
2.8560
2.8951
2.9202
3.1050
2) Discussion
(1) Evaluate the efficiencies of compressor.
압축기의 효율을 구하는 방법에는 세 가지가 있다. 이 효율을 구하기 위해서 우선 W(일)에 대해 알아볼 필요가 있다. 일에는 세 가지가 존재한다. 실제로 한 일인 , 가역, 단열로 가정하여 등엔트로피 상태일 때의 , 그리고 전기동력의 크기를 통해 알 수 있는 가 있다.
이 세 가지 일을 이용하여 효율을 구해보면, 등엔트로피 상태의 일을 실제 압축일로 나눈 등엔트로피 효율(), 실제 압축 일을 전기 동력으로 나눈 기계효율(), 등엔트로피 상태의 일을 전기 동력으로 나눈 단열효율()이 있다.
이러한 세 가지 효율을 구한 뒤에 비교해 보았다. 세 가지 효율 모두 유량이 증가할수록 효율은 낮아졌다. 유량이 증가하면 마찰력과 열손실이 증가하기 때문에 효율은 떨어지는 것으로 보인다.
위의 그래프를 보면 압축기의 기계효율, 등엔트로피 효율, 단열효율 순서대로 효율이 좋은 것을 알 수있다. 기계적 효율은 50%이상으로 효율이 굉장히 좋은 반면 나머지 두 개의 효율은 50% 미만으로 좋지 않다는 것을 알 수 있다. 기계효율에서 소요된 동력 중 대다수가 냉매의 압축일을 하는데 사용되었기 때문에 효율이 높고, 등엔트로피 효율은 가역단열을 가정하기 때문에 실제일보다 압축일이 작다고 생각할 수 있다.
(2) Examine the effect of flow rate of cooling water on the performance of heat pump.
flow rate of cooling water (g/s)
10
20
30
40
50
열역학적성능계수(COP2)
2.3890
3.5846
3.9855
4.9291
6.2216
시스템성능계수(COP1)
1.9178
2.8560
2.8951
2.9202
3.1050
응축기에서의 회수 열전달률 [W]
806.74
1070.08
1078.44
1070.08
1128.6
표와 그래프를 보면, 유량이 증가할수록 시스템의 성능계수, 열역학적 성능계수 모두 증가한 다는 것을 알 수 있다. 따라서 유량이 커질수록 열펌프의 성능이 좋아진다고 말할 수 있다. 왜냐하면 유량이 빨라질수록 냉매와 물의 열 교환이 잘 일어나게 함으로써 냉매의 실제 압축일이 줄어들기 때문이다. 또한 시스템의 성능계수는 응축기에서의 열 전달률을 나타내므로 유량이 증가함에 따라 동력은 감소하여 성능이 좋아지게 된다.
반면에 회수 열전달률은 초기에 급격하게 증가했다가 감소하는 경향이 보이는가 싶더니 유량이 50g/s일 때 가장 큰 값을 가지게 되었다. 시스템 성능계수는 회수 열전달률과 관련이 있어 회수 열전달률도 증가하는 추세로 나왔어야 했다. 유량이 20 40g/s 구간에서 감소한 것은 실험적인 오차 인 것 같다. 오차에 관련된 부분은 뒤에서 다루기로 한다.
열역학적 성능계수가 시스템 성능계수보다 더 크게 나타나는데, 이는 열펌프의 전기 시스템보다 냉매를 통한 성능계수의 비중이 더 크다고 할 수 있다. 따라서 열펌프의 성능은 전기 동력의 수치라기보다는 냉매를 통한 열 교환, 냉매압축이라고 할 수 있다.
(3) Discuss about the accuracy of measured data and the reliability of Experimental results.
이번 실험에서 가장 중요한 것은 정상상태를 만드는 것이었다. 일정한 유량을 정해 준 뒤에 일정 시간이 지나면 상태량이 변하지 않는 상태를 정상상태라고 한다. 실험 중 일정한 시간이 지나도 온도나 압력 등이 계속해서 변화하는 모습을 발견하였다. 4°C 정도를 간격으로 온도가 올라갔다 내려갔다 했다. 이는 정상상태가 되지 않았음을 의미하는데, 아마 수돗물을 통한 유량의 공급 과정에서 일정한 유량이 지속적으로 흘러가지 않았던 것 같다. 그래서 최대한 온도가 변하지 않는 순간을 지정하여 온도와 압력을 측정하였다. 그리고 디스크가 한 바퀴 회전하는 동안 걸리는 시간을 측정하는 부분에서도 정상상태가 아닌 경우라면 시간을 잴 때마다 달라진다. 또한 로타미터의 부자가 위 아래로 계속해서 흔들리는 경향이 있었다. 따라서 정상상태가 이루어지지 않았고, 이 부분이 가장 큰 오차의 원인이 되었다.
그리고 냉매 R-134a와 공기와의 열교환이 일어나는 곳에서 관 외부에 물방울이 맺혀있는 것을 발견하였다. 냉매 R-134a는 공기에 비해 상대적으로 차갑기 때문에 공기 중의 수증기가 관에 액체가 되어 달라붙은 것이다. 이런 작은 부분에서 열교환이 이상적으로 이루어지지 않았을 것이고 오차가 발생했을 것이다.
사람이 직접 압력을 맞추고, 시간을 재고, 특정 순간을 선정하여 온도를 읽었다. 근소한 차이겠지만 이러한 부분에서 오차가 발생했을 것이다. 실험기구가 전자식이 아닌 아날로그 식이라서 조금 아쉬웠다.
6. 참고문헌
(1) 기계시스템공학실험/강의록
(2) 계측및신호처리/강의록
(3) Fundamentals of Fluid Mechanics, 7th edition, B.R. Munson, et al., John & Wiley
(4) [네이버 지식백과] 열펌프 [heat pump] (두산백과)
(5) [네이버 지식백과] 열역학 제0법칙 [the zeroth law of thermodynamics, 熱力學第零法則] (두산백과)

키워드

홍익대,   홍익대학교,   기계공학실험,   기계공학실험(A),   기계공학실험(B),   계측 및 신호처리,   증기압축식펌프,   증기압축식열펌프