[화학공업실험] 열전달 열전도도 결과보고서

소개글

[화학공업실험] 열전달 열전도도 결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 제목
2. 실험 방법
3. 실험 결과

본문내용

inlet water의 평균T Th=(70+61.8)/2=65.9이고 Ai=0.0261m2이며,
뜨거운 유체 6L/min을 환산하면 6L/min*1000kg/m3=6kg/min이 되며 6kg/min*(1min/60s) = 0.1kg/s이다. Qi=Cm△T(△T = T3T6)=4.184*0.1*2.1=0.88kJ/s가 된다. 나온 값들을 내부 열전달 계수를 구하는 식에 대입하면,
hi=Qi/Ai(ThT1)=0.88/0.0261(65.961.8)=8.22Kw/m2·℃ 이다
다음으로 외부 열전달계수는 Tc를 구하기 위하여 참고값인 brass의 열전달 계수(W/m k) = 112.1 를 이용한다. Qi/Ai=k(△T/△x)를 구하기 위하여 두께를 구해야 한다. 두께를 구하려면은 지름 Di와 Do를 구해야 한다.
Ai=0.0261이므로 π/4(Di)2=0.0261즉 Di=0.18m
Ao=0.032이므로 π/4(Do)2=0.032즉 Do=0.2m
즉 두께 xw=Do/2Di/2=0.01m이다.
Qi/Ai=k(△T/△x) =k(T1Twc)/xw이므로
Twc=T1(Qixw)/(Aik)=61.8(880*0.01)/(0.0261*112.1)=58.79℃
Tc=(20.7+58.79)/2=39.75℃ 이다.(이 때 병류이므로 차가운 유체 inlet 이용
또한 Qo도 구하면 우선 찬유체는 6g/s로서 질량유량값이 주어져 있고, 나머지도 다 알 수 있다. 여기서는 병류라는 사실에 주의하여 T10T7을 이용하도록 한다 Qo=Cm△T(△T = T10T7)이므로 4.184*0.006*(65.2-20.7) = 1.12 kJ/s가 된다. 이제 ho=Qo/Ao(TwcTc)의 값을 모두 알 수 있으므로 ho 는다음과 같다.
ho=1.12/0.032(58.7939.75)=1.84Kw/m2·℃
이제 향류의 내,외부의 총괄열전달 계수를 구해보려면 마지막의로 대수평균값을 사용한다. 아까구한 Di와 Do값으로 , L=(Do-Di)/ln(Do/Di)=(0.20.18)/ln(0.2/0.18)=0.19m이다.
내부 총괄열전달 계수는
1/Ui=(1/ho)(Di/Do)+1/hi+(xw/km)(Di/L)
= (1/1840)(0.18/0.2) + 1/8222 + (0.01/112.1)(0.18/0.19) = 6.95x10-4
Ui=1/0.0007=1428.57w/m2℃
외부 총괄열전달 계수는
1/Uo=(1/hi)(Do/Di)+1/ho+(xw/km)(Do/L)
= (1/8222)(0.2/0.18) + 1/1840 + (0.01/112.1)(0.2/0.19) = 7.7x10-4
Uo=1298.7w/m2℃
-고찰
- 열전도도 실험
이번 실험인 열전도도를 구하는 실험은 열전도의 3가지 기본현상인 전도, 대류, 복사중 전도와 대류식과 개념을 이용하여서 SUS304의 열전도도를 직접 구해보는 실험이었다. 100도와 200도 그리고 다시 100도에서의 열전도도를 총 3번 측정하였다. 열전도도 측정기가 따로 있었기 때문에 온도만 조절해 주면 각 위치에서의 온도를 구할 수 있는 간단한 구조였다. 이 온도를 가지고, 구리중간에 접합되어 있는 SUS304의 열전도도를 구하면 되는 것인데, 직접 구하지 않아도 구리층이 아닌 SUS304가 접합되어 있는 층에서는 온도 강하가 급격히 일어나는 것으로 보아 SUS304의 열전도는 낮을 것이며, 열흡수를 많이 할 것으로 예상 할 수 있었다. 이것은 비례식을 세우고서4지점과 5지점의 SUS부분인 a의 온도차와 6지점과 7지점의 SUS부분인 b의 온도차를 계산하는데 많은 난해 함을 격었다. 전체에서의 구리의 온도강하는 SUS304가 포함되어 있는 구리의 온도강하와 같다고 놓고 비례식을 세운뒤 구한값을 SUS가 포함되어있는 위치에서 온도강하와 빼면 된다는 사실을 도출하기가 어려웠다. 하지만 열전도도 실험을 하며 이미 배웠지만 잊고 있었던 단위조작 열전달 부분의 공부도 다시 하게 되어 유익했다. 전체적으로 오차는 1번째 실험과 3번째 실험에서는 약 5%내외의 오차율을 보이며 거의 이론값과 일치하는 모습을 보였다. 하지만 존재 하고있는 오차의 이유를 생각해보면 정상상태문제, 저항등에 의해서 생겨났다고 생각이된다. 그러나 유독 2번째 실험에서의 오차율이 16%나 되는 이유는 1번째와 3번째의 실험에서의 오차와는 또 다른 이유가 있을 것이다. 100℃보다2배나 높은 온도인 200℃에서 온도강하가 일어 날 때에 아무래도 기계가 온도를 잘 못 잡아줬을 가능성이 크다. 그 이유는 실험으로부터 나온 열전도도 값은 이론값보다 낮은 값을 가졌기 때문이다. 때문에 열을 더욱더 잘 전달해주지 말아야 한다. 이는 기계의 노후화로 인해 열전달이 더 잘 일어날 것이라는 나의 예상과 정면으로 마주치게 된다. 또한 온도를 측정하기가 불가능한 빈 공간을 구리와 비슷하다고 가정한후 열전달이 대류나 복사 없이 순수한 전도에 의해서만 이루어 진다고 하였는데 그 때문에 오차가 발생하지 않았나 싶다. 또한 100%단열은 불가능하기 때문에 기계를통한 열전달가능성도 있을 것이다.
- 열전달 계수 측정
이중 열교환기의 가정아래 향류와 병류의 데이터가 주어지고, 이에따른 총괄 열전달 계수를 구하는 것이었다. 실험을 직접 하지는 않았지만 이중 열교환기의 구조와 각 지점에서의 온도등을 직접 설명을 들을수 있어 큰 아쉬움은 없었다. 나온 계수 오염계수등이 주어지지 않았고, 주어진 값 때문에 계산상의 오차 이외에는 없을 것으로 생각 된다. 단지, 데이터가 뜨거운 유체의 inlet 과 outlet의 차이가 얼마 안나서 흔히 볼수 있는 향류와, 병류의 위치에 따른 그림은 나올 수 없었다. 결과 값은 향류의 총괄 열전달 계수가 크므로 유체가 서로 다른 방향으로 들어 갈 때가 같은 방향으로 들어갈 때보다 더 크게 된다. 마지막으로, 총괄 열전달계수에 필요한 값들을 하나씩 찾아나갈때, 즉 국부열전달 계수, 그리고 퓨리에 법칙등을 다시 사용하면서 열전도도 실험과 같이 지난 내용을 잘 정리 할 수 있었다. 아쉬운 점은 예비 보고서에서 국부 열전달 계수와 푸리에 법칙에 대해 좀더 조사 했더라면 개념의 이해와 결과보고서를 쓰는데 있어 좀더 수월했을 것 같다.

키워드

열전도도 ,   열전달,   결과보고서,   열전달 열전도도