heat transfer(열전도)실험 결과레포트

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목차

TABLE OF CONTENTS
LIST OF FIGURES & TABLES

ABSTRACT

1. INTRODUCTION
1.1. 실험목적
1.2. 열전달의 형식
1.3. 전도와 열전도도
1.3.1. 전도
1.3.2. 열전도도
1.3.3. 금속들의 열전도값 비교
1.4. Fourier의 열전도 방정식

2. EXPERIMENTAL
2.1. 실험 기구
2.2. 실험 방법
2.3. 실험 시 주의사항

3. RESULTS & DISCUSSION
3.1 Result Data
3.1.1. 25mm Brass 바
3.1.2. Composite 바
3.1.3. 13mm Brass 바
3.2 Discussion

4. Conclusion

5. REFERENCES

본문내용

eel), 절연체(코르크, 종이)에 대한 면적의 효과, 열전도도, 복합재료에 대한 총괄전열계수 절연체 등의 영향을 고찰하는데 목적이 있다. 실험을 한 결과 25mm Brass 바의 열전도도는 로 측정됐고, Composite 바(25mm Brass와 Stainless steel로 구성된 바)의 열전도도는 , 13mm Brass 바의 열전도도는 로 측정됐다. 이들 실험값으로 보면 25mm Brass바 보다 Composite 바(25mm Brass와 Stainless steel로 구성된 바)의 열전도도가 더 높게 나온다. 또한 단면적이 작은 13mm Brass 바의 열전도도가 25mm Brass 바보다 열전도도가 더 높다는 것을 알 수 있다. 이는 푸에르식 로부터 단면적에 따른 열전도도는 단면적이 작을수록 더 높다는 것으로 이론에 맞는 실험값을 얻을 수 있었다. 또한 이론적으로 열전도가 Stainless steel보다 좋은 Brass가 열전도도 값이 더 높아야 하지만 실험값은 , 으로 Composite 바가 더 높게 나왔다. 또한 대부분의 금속은 좋은 전도체 이어서 열전도도는 100W/mK 이상이 나와야 하지만 실험값은 이보다 한참 낮게 나왔다.
이러한 값이 나오는 이유는 여러 가지 오차가 있을 수 있다. 첫째로는 열전도에 관한 푸리에 식은 이론에서 보았던 바와 같이 정상상태라는 가정에서 시작을 한다. 정상상태인 조건을 만들어주기 위해 상당시간 같은 온도를 유지 할 때까지 기다린 다음에 온도를 측정하였다. 하지만 그 상태가 100%정상상태를 의미하는 것일까? 아니다 위의 그래프에서 확인 할 수 있듯이 완벽한 일차의 선형이 되질 못한다. 즉 정상상태라고 가정해도 좋을 정도이긴 하지만 오차를 발생시키는데 영향을 끼쳤을 것이다.
두 번째로는 열전달이 일차원이 아니라 이차원 혹은 삼차원에서 일어난다고 생각했을 때, 그 현상을 설명해주기란 참 힘들다는 것이라고 생각한다. 그래서 최대한 차원수를 줄여서 계산해 주기 위해 노력하는데, 실제적으로 일차원 열전달 현상은 거의 찾아보기 힘들다. 때문에 이번에 우리 실험도 사실은 일차원적인 열전달 현상은 아니라고 본다. 다른 현상들에 비해서 일차원적이고 일차원으로 봐도 약간의 오차밖에 생기지 않아 근사하게 이 현상을 일차원식으로 표현한 것이다.
세 번째로는 금속 바들을 끼우면서 실험장치와 금속이 맞닿을 때 표면의 거칠기 때문에 공간이 존재한다. 그래서 서로 맞닿아 있는 부분과 공간이 떠있는 부분에서 열전달이 다르게 일어났을 것이다. 맞닿아 있는 부분은 열전도가 일어나고 공간이 떠있는 부분은 전도가 아닌 대류와 복사가 일어난다. 실험상 계산할 때는 접촉저항이 없고, 열전도만 일어난다고 했지만 실제로는 그렇지 않기 때문에 많은 오차가 생길 수 있다. 접촉저항을 최대한 줄여서 실험했다면 더 정확한 실험값을 얻을 수 있었을 것이다.
마지막으로 실험사이에 온도가 올라간 실험장치의 온도를 줄이기 위해 얼음을 통해 차갑게 한 금속바를 바꿔 끼우면서 온도를 낮췄다. 이때 온도를 충분히 낮추지 않고 첫 번째 실험이 끝난 후에는 약 35℃까지 낮추고 두 번째 실험이 끝난 후에는 약 40℃까지 낮추었다. 온도를 낮출 때에도 충분한 시간을 두어서 온도를 더 낮췄어야 더 정확한 실험값을 얻을 수 있었을 것이다. 또한 각각 실험마다 T1의 온도가 85.2℃, 82.0℃, 81.9℃ 각각 다르게 시작한 것 과 Composte 바와 13mm Brass바의 T4~T6까지의 온도를 측정할 수 없었던 점, 25mm Brass바의 온도를 측정할 때 T4의 구간의 온도가 온도센서의 오작동으로 인해 -13.4℃로 측정된 점이 이번 실험에 오차의 원인들이 될 수 있다.
Fourier's law의 식을 이해하고 실험으로 확인해 볼 수 있는 좋은 실험기회를 위의 오차들로 인해 제대로 실험하지 못한 것이 많이 아쉽고 전체적으로 실험장치가 완벽하게 구비돼있지 않은 점과 실험시간을 잘 활용하지 못해 실험값들이 제대로 얻을 수 없어서 아쉬웠던 실험이었다.
4. Conclusion
이번 실험은 금속의 열전도도를 실험을 통해 정상상태의 열전달로부터 금속의 열전도도를 측정하고 열전도도 현상에 대한 기초이론과 측정법을 익히고, 열흐름(열전달 속도)을 온도의 구배, 전달면적의 함수로 나타내는 기본법칙인 Fourier's law를 이해하는 실험이다.
q = x 방향 열전도속도(J/sec or cal/sec = W)
A = 열흐름 방향에 수직인 전단면적(㎡)
= x 방향 온도기울기(온도구배)
k = 전도체의 열전도도(상수)(kcal/mhr℃ = )
으로부터 열전도도는 같은 종류의 금속이고 q,x,T의 값이 같을 때, 열전도도(K)는 단면적이 작을수록 더 높다는 것을 알 수 있다. 또한 이론적으로는 Composite 바(25mm Brass와 Stainless steel로 구성된 바)보다 Brass 바의 열전도도가 더 높다.
실험에서 얻은 열전도도는 25mm Brass 바는 로 측정됐고, Composite 바(25mm Brass와 Stainless steel로 구성된 바)의 열전도도는 , 13mm Brass 바의 열전도도는 로 측정됐다. 금속은 좋은 전도체이어서 열전도도는 보통100W/mK 이상이지만 실험에서 얻은 값은 여러 가지 오차로 인해 값이 상당히 낮게 나왔다. 이러한 이유는 실험을 할 때 정상상태라는 가정, 일차원 열전달이라는 가정, 실험장치와 금속바들의 접촉저항, 실험사이에 온도를 충분히 낮추지 못한 점 등이 있다. 이러한 오차를 줄인다면 더 정확한 이론에 맞는 실험값을 얻을 수 있을 것이다.
5. REFERENCES
1. 화학공학실험 1 (전북대학교 화학공학부) p.53
2. http://100.nate.com/dicsearch/pentry.html?s=B&i=171264&v=45 (네이트 백과사전)
3. 열전달, (McGraw-Hill Korea. 저자. Yunus A. Cengel ) p.55～92
4. http://www.sanon.co.kr/html/ja3.html#금속의%20열적%20
5. 화학공학실험, (사이텍미디어, 저자. 성기천, 이진휘, 김기준), p.417～428

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heat transfer ,   열전도,   열흐름