이중관 열교환기 특성실험

소개글

이중관 열교환기 특성실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

■ 실험 목적
■ 실험 이론
■ 실험 장치 및 구성 원리
■ 실험 결과
■ 결과에 대한 고찰

본문내용

P-2-2-3
2450.1
2230.0
220.07
25.69
28.80
1155.6
C-1-1-1
1328.9
1073.2
255.75
25.55
21.74
736.9
C-1-1-2
1356.6
1233.5
123.16
30.05
21.79
844.8
C-1-1-3
1439.7
1338.0
101.69
32.38
22.18
900.3
C-1-2-1
1616.9
1324.1
292.82
32.37
21.18
933.0
C-1-2-2
1838.4
1505.2
333.12
24.45
21.95
1023.7
C-1-2-3
1993.4
1588.9
404.54
24.12
22.41
1058.2
C-2-1-1
2254.0
994.0
1260.00
18.14
27.96
530.6
C-2-1-2
2352.0
1071.0
1281.00
19.49
28.55
559.9
C-2-1-3
2408.0
1120.0
1288.00
20.59
28.39
588.8
C-2-2-1
2105.6
1820.0
285.60
34.07
27.56
985.6
C-2-2-2
2374.4
2100.0
274.40
26.14
28.60
1096.0
C-2-2-3
2643.2
2268.0
375.20
26.33
29.11
1162.8
※ 유량 = ※ q()=q()
※ 물의 밀도, 비열은 온도에 따라 변하므로 상태량 변화 테이블을 참고하여 각각의 밀도, 비열 값을 대입하여 값을 구한다. 온도가 변하므로 평균값으로 참고한다.
온도(℃)
밀도(kg/m3)
온도(℃)
비열(J/kg-K)
10
999.7
10
4194
15
999.1
15
4185
35
994.0
35
4178
40
992.1
40
4179
45
990.1
45
4180
50
988.1
50
4181
입력 = [W]
출력 = [W]
에너지 손실 = 온수가 잃은 열량(입력) - 냉수가 얻은 열량(출력) [W]
유용도 [%]
(병류일 때) [℃]
(향류일 때) [℃]
(A=0.067m2) [W/m2·℃]
■ 결과에 대한 고찰
1) 병류 열교환기와 향류 열교환기의 열교환 특성을 비교 설명하시오
- 위의 그래프는 향류와 병류에 따른 유용도와 총합열전달계수의 차이를 비교한 그래프이다. 그래프를 보면 알 수 있듯이 대체적으로 유용도와 총합열전달계수의 경우 병류와 향류가 한 구간을 제외하고 거의 비슷한 것을 확인할 수 있다. 그래프를 자세히 보면 유용도와 총합열전달계수에서 향류가 병류보다 약간 큰 것을 확인할 수 있다. 유용도는 최대 가능 열교환율분에 실제로 일어나는 열교환율( )이므로 유용도의 값이 클수록 열전달의 효과 좋다. 또 열전달 계수가 클수록 열교환율이 크므로 두 그래프를 보면 알 수 있듯이, 향류의 경우가 병류보다 열교환이 더 잘 일어남을 알 수 있다. 이는 이론과 일치한다. 병류의 경우 온수와 냉수의 온도차가 점점 줄어들지만, 향류의 경우 온도차가 일정 간격을 유지한다. 그래서 향류의 경우가 열교환이 효과적으로 일어난다.
- 대체적으로 향류 열교환기의 평균 온도차 ΔTlm이 같은 온도에서 마찬가지로 거의 같지만 병류 열교환기보다 아주 약간 더 큰 것을 볼 수 있다. 이것은 아래 그래프와 같이 유체의 흐르는 방향이 평균온도차에 영향을 주기 때문이다. 병류 열교환기에서는 입구에서 출구 쪽으로 갈 때 두 유체사이 온도차가 줄어들어서 그 사이에 ΔTlm이 주어진다. 그러나 향류의 경우에는 두 유체의 흐름이 반대이기 때문에 병류의 경우보다 큰 ΔTlm을 얻을 수 있게 되는 것이다.
2)온수가 잃은 열량과, 냉수가 얻은 열량의 차이를 줄이기 위한 방법을 고찰 하시오.
- 온수가 일은 열량과, 냉수가 얻은 열량의 차이를 줄이기 위해서는 열교환이 효과적으로 일어나거나, 시스템 외부로의 열손실을 줄여야 한다.
① 위의 토의사항 1)과 같이 병류보다 향류가 열교환이 효과적이다.
② 열교환은 전도와 대류로 일어난다. 열교환기에서 경계가 되는 것이 파이프인데, 안쪽과 바깥쪽의 파이프의 재질을 바꾸면 열교환이 더 효과적으로 일어날 것이다.
③ 외부로의 열손실을 줄이기 위해서 실험에서 교환기에 단열재를 설치하였는데, 바깥파이프 바깥쪽을 진공으로 만든다면 외부로 부터의 열 손실을 더 줄일 수 있을 것이다.
④ 파이프를 깨끗하게 한다. 파이프에 다른 불순물이 부착되거나 녹이슬게 되면 열전달에 지장을 준다.
3) 본 실험으로부터 발견한 제반사항에 대하여 설명하시오.
- 유량에 따른 총합열전달계수 그래프를 살펴보면 유량이 증가할수록 열전달계수가 커지는 것을 볼 수 있다. 위의 그래프는 온수의 유량의 변화에 대한 차이와, 냉수의 유량의 변화에 대한 차이를 동시에 나타낸다. 유량이 증가할수록 초기 온도로 공급되는 유체가 많아지고 온도차의 크기가 유량이 작을 때보다 크게 유지되므로 열전달이 더 효과적으로 일어나게 된다.
- 위의 그래프에서 보듯이 고온의 온도가 높을수록 대수 평균 온도차도 커지게 된다. 이것은 두 유체 사이의 온도차가 커지기 때문이므로 당연하다가 볼 수 있다.
4) 오차의 원인 및 실험 개선점
- 이번 실험에서 가장 오차가 컸던 부분은 유량계와 온도의 정상상태 유지였던 것 같다. 실제로 실험 시 유량계와 온도를 정상상태로 유지시키는 것이 어려웠다. 이것으로 인해 에너지의 손실을 구하는 데 있어서 예상과는 다른 값이 나왔었다. 아래의 그래프에서 보는 바와같이 향류의 유량이 2일때, 측정 부분에서 매우 불규칙하게 데이터가 나왔다. 물의 비열은 거의 변하지 않으므로 온도 측정이나, 유량 측정에 있어서 문제가 있었다고 결론이 나온다.
실험의 오차를 줄이기 위한 개선방법으로는 조절하기 어려웠었던 물의 유량을 조절하는 방법을 눈금을 보며 조절하는 아날로그 방법보다 더 정확하게 조절이 가능한 디지털방법으로 개선이 된다면 더욱 정확한 실험 데이터를 얻을 수 있을 것이며, 온도의 정상상태로 도달될 수 있도록 하기위한 방법으로 온도전달의 피드백 속도를 빠르게 하기 위해 열전달이 잘 되기 위한 파이프와 히터의 구조적 개선이 필요할 것이다.

키워드

열교환기,   이중관 열교환기,   대수평균온도차