열유체공학실험 물 대류 열전달

목차

1. 실험 개요 및 목적
2. 이론
3. 실험
4. 보고서
5. 실험결과 데이터
6. 보고서 작성
7. 고찰

본문내용

량
(L/hr)
위치 1의 온도
위치 2의 온도
병행류
1
0.5
60.1
32.3
2.5
25.3
18.7
1.5
62.2
42.8
3.5
23.6
18.3
2
0.5
59.5
30.5
2.5
26.1
19.9
1.5
61.1
40.7
3.5
22.7
18.2
3
0.5
60.9
33.8
2.5
25.4
18.1
1.5
63.5
40.5
3.5
24.9
18.9
평균
0.5
61.16
32.2
2.5
25.6
18.9
1.5
62.26
41.3
3.5
23.7
22.4
대향류
1
0.5
61.1
36.1
2.5
20.1
24.3
1.5
63.5
44.9
3.5
20.1
22.3
2
0.5
62.8
37.2
2.5
22.6
23.9
1.5
63.4
45.2
3.5
20.5
21.6
3
0.5
62.2
35.1
2.5
21.6
23.8
1.5
64.5
33.4
3.5
23.7
21.9
평균
0.5
62.0
36.1
2.5
21.4
24.0
1.5
63.8
41.1
3.5
21.4
21.9
6. 보고서 작성
1) 동심관 내관의 내경은 17, 외경은 19, 외관의 내경은 27.5이며 길이는 1600이다. 유량과 유동 방향을 바꾸며 수행한 실험 4가지 경우, 즉 병행류/저유량, 병행류/고유량, 대향류/저유량, 대향류/고유량에 대하여 외관의 레이놀즈 Re수를 계산하여라.
* Re(레이놀즈 수)
구분
계산과정
병행류
저유량(2.5L/min)
(Re<2100이므로 층류로 판단)
고유량(3.5L/min)
(2100 대향류
저유량(2.5L/min)
(Re<2100이므로 층류로 판단)
고유량(3.5L/min)
(2100 2) 4가지 경우의 총괄 열전달 계수와 열전달 효율을 구하라.
총괄 열전달 계수
총괄 열전달 계수 = ,
: 고온 유체의 밀도 = 0.986 ()
: 고온 유체(물)의 비열 = 4.18 ()
: 고온 유체(물)의 질량 유량 (
: 고온 유체(물)의 체적 유량
구분
계산과정
병행류
저유량
고유량
대향류
저유량
고유량
효율구하기
구분
계산과정
병행류
저유량
고유량
대향류
저유량
고유량
3) 1)과 2)의 결과를 이용하여
- 병행류의 경우에 대하여 Re 수에 따른 총괄 열전달 계수
- 대향류의 경우에 대하여 Re 수에 따른 총괄 열전달 계수
을 하나의 그래프에 나타내고, 유동의 방향 (병행류와 대향류)과 속도, 즉 Re 수 (층류와 난류)가 총괄 열전달 계수에 미치는 영향에 대하여 논하라.
구분
Re(레이놀즈 수)
총괄 열전달계수
효율
병행류
저유량(2.5L/hr)
내측
1183
0.419
외측
0.371
고유량(3.5L/hr)
내측
3118
0.780
외측
0.691
대향류
저유량(2.5L/hr)
내측
1169
0.497
외측
0.440
고유량(3.5L/hr)
내측
3118
0.917
외측
0.817
병행류
대향류
-위 그래프에서 보면 병행류와 대향류 모두 레이놀즈 수가 커지면 촐괄 열전달 계수도 커지는 것을 알 수 있다. 유동방향에 대해서는 병행류 보다는 대향류에서 열전달 계수가 더 큰 것을 확인할 수 있었다. 위와 같은 현상을 나타내는 것은 속력이 더 빠를수록 열전달이 더 활발히 일어나는 것을 뜻한다. 후자의 이유는 이는 대향류에서 더 열전달이 활발하게 일어나는 것을 말한다.
4) 참고 문헌을 인용하여 본 실험과 유사한 조건에서의 열전달 계수를 찾아 실험값과 비교 검토하라.
계산식에 쓰였 던 물의 물리적 성질(동점성 계수, 밀도) 참고 자료
본 실험과 유사한 조건에서의 열전달 계수
*물-물 의 열전달 계수[본실험]
*알콜 응축 - 물
*수증기 응축 - 물
-참고 자료에서 확인 할 수 있는 이론값과 우리의 실험값과는 차이가 남을 볼 수 있었다. 여러 요인으로 인해 손실이 생겼을 수 있기 때문이다. 동관 속에 흐르는 물과 공기사이의 시스템의 열전달율을 구하는 실험은 출력되는 값이 입구와 출구의 온도와 중간에 몇 가지 온도들이기 때문에, 여러 가지 복잡한 식들이 필요했다. 유체의 흐름에 대한 정의를 하기 위해 여러 가지 식들이 또 필요하고, 많은 가정이 필요했다. 게다가 시스템의 열전달율을 알아본다는 것이 어려운 개념이었다. 비교해 볼 만한 참고 자료 또한 찾기가 너무 어렵다.
실험은 온도를 측정하는 적절한 지점에서 온도 센서를 이용하여 바로바로 측정 하므로 적당한 시간이 지나고 값을 측정하므로 신뢰할 만한 방법이지만 유체의 흐름을 측정하다보니 측정값이 어느 정도 변함이 있어서 작은 오차가 발생했을 것이다. 또한 동관사이의 물과 공기를 통과시키면서 측정하므로, 물이 통과하는 동관과 공기가 통과하는 동관사이에서만 열 교환이 일어난다면 아주 신뢰할 만한 값이 나올 것이나, 이런 이상적인 경우는 발생하지 않으므로 오차가 발생한다. 결국 두 가지 식을 이용한 열전달률 값의 차이는 굉장히 커졌지만, 물과 공기가 섞이게 되면 이 값들을 측정 할 수가 없으므로 열전도율이 뛰어난 동관을 이용하여 열 교환을 시켜 이번 실험과 같은 가정과 식들을 이용한 실험 방법은 타당하다고 판단된다.
7. 고찰
-이번 실험은 동심관 (concentric tube)으로 구성된 열 교환 장치의 내부 관에는 고온의 물을, 외부 관에는 저온의 물을 흐르도록 하여 유동 속도 (층류와 난류)와 유동 방향 (병행류와 대향류)을 바꾸어 가며 열전달량, 총괄 열전달 계수, 대류 열전달 계수 등을 측정하므로 이들이 열전달에 미치는 영향을 파악하는 실험이었다. 계산과정에서 어려움이 있었다. 참고자료를 통해 대략적인 동점성계수를 구하였고 계산 실수로 여러 번 값이 잘 못나왔기 때문이다. 하지만 레이놀즈수가 증가하면 열전달계수도 증가한다는 이론적인 사실과는 위배되지 않았다. 때문에 이론적인 열전달계수와는 차이가 있었지만 실험 목적은 어느 정도 달성한 것이었다. 실험 중 아쉬운 점은 밸브의 개수가 많고, 복잡하여 어려움이 있었다. 여러 개의 밸브를 보고 밸브의 양이 많을수록 열전달이 잘된다고 생각하였고, 이 점은 파이프 자체 단열의 활용을 늘려 최대한 중간과정에서 열손실을 막으면 좀 더 정확한 실험을 할 수 있을 것이라고 생각한다.

키워드

물 ,   열유체공학실험,   물 대류 열전달