열교환기 성능

목차

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

본문내용

61.7
-
-
61.7
출구
51.2
-
-
51.2
48.8
-
-
48.8
6. 보고서 작성
1) 핀이 없는 열교환기에서 와 를 계산하고 비교ㆍ검토하라. 그리고 핀이 없는 열교환기의 총괄 전열 계수를 구하여라.
사용 공식
500rpm일 때 계산
※ 같은 방법으로 700rpm 일 때를 계산하고 비교검토
V (m/s)
Qair (m3/s)
500rpm
7.41
1.067
700rpm
10.41
1.5
- rpm이 증가하면 할수록 공기의 속도도 빨라진다. 비례하는 양상이다. 이에 따라 공기의 유량 또한 커진다는 것을 알 수 있는 것이다. 정리하자면 공기의 속도, 송풍기의 rpm은 공기의 유량과 비례관계를 형성한다.
총괄 전열계수 계산식
d=10mm, , 0,
C=0.5, n=0.565
500rpm일 때 계산
※ 같은 방법으로 700rpm 일 때를 계산.
uMAX (m/s)
uo (W/m2K)
500rpm
12.04
153.766
700rpm
16.92
186.638
2) 핀이 없는 열교환기에 대하여 효율-NTU 방법을 이용하여 물과 공기의 출구 온도와 열교환량을 구하고 실험값과 비교ㆍ검토하라.
효율-NTU 방법
두 유체가 혼합되지 않는 경우 :
500 rpm 계산
※ 같은 방법으로 700rpm일 때를 계산하여 아래표에 기입.
이론값
실험값
물
공기
물
공기
500RPM
출구온도()
56.45
27.82
61.3
26
열교환량(W)
3017.51
2542.89
700RPM
출구온도()
54.11
26.29
59.9
25
열교환량(W)
3415.651
3261.7
- 계산결과를 비롯해 보았을 때 500rpm에서 700rpm으로 송풍기의 회전수가 증가하면, 열교환량도 증가함을 알 수 있다. 이론값과 실험값이 조금 큰 오차를 나타내고 있다. 수치상 작지만 율로 따져보면 큰 오차이다. 당연히 열교환량은 큰 오차를 범하고 있다. 이러한 오차의 원인은 실험 장치의 기계오차나 주변 환경에 여러 요인에 의하여 오차가 발생하였을 것이다.
3) 핀이 있는 열교환기에 대하여 로그 평균 온도 방법을 이용하여 열교환기의 전열 면적을 구하고 실제 전열기의 전열 면적과 비교ㆍ검토하라. 이때 총괄열전달계수는 핀이 없는 경우와 동일한 것으로 가정한다.
로그 평균 온도 방법
를 구한 후 그림에 대입하여 F값을 찾는다.
실제 전열기의 전열 면적
500 RPM 계산
그림에 대입해보면
수정계수 :
※ 같은 방법으로 700rpm일 때를 구하고 비교.
500 RPM
700 RPM
이론
전열면적()
0.36
0.404
0.572
- 적지 않은 오차를 발생하고 있다. 오차의 원인은 실험실 온도의 영향이 클 것이다. 또한 실험실내의 이물질의 영향도 있을 것이다. 완벽한 기계와 완벽한 환경이 존재한다면 오차는 발생하지 않았을 것이다.
4) 핀이 없는 열교환기에서 측정된 열교환기 전후의 전압을 사용하여 열교환기의 압력 강하를 계산하고 실험값과 비교ㆍ검토하라.
사용식
압력강하
마찰계수
최소 유동면적에서 질량속도
유동 방향 관의 칸(column) 수 N=4(개)
500 RPM 계산
마찰계수
압력강하
※ 같은 방법으로 700rpm일 때를 구하고 비교.
이론값
실험값
500 RPM
19 Pa
33 Pa
700 RPM
376 Pa
65 Pa
- 이론값과 실험값의 차이가 무척 크다. 가장 큰 오차의 원인은 기계 자체의 문제로 발생한 기계오차가 주된 요인이 될 것이다. 또한 난류 유동에 의하여 차압계가 일정한 값을 나타내지 못하고 ±5정도를 왔다 갔다 하여서 그중 빈도수가 많은 수치를 입력한 것도 오차를 발생한 요인이 될 것이다.
5) 핀이 있는 열교환기에서 측정된 압력 강하를 핀이 없는 경우와 비교ㆍ검토하라.
핀이 있을 때의 압력강하(Pa)
핀이 없을 때의 압력강하(Pa)
500 RPM
15
34.67
700 RPM
30
65
- 데이터를 비교해보면 핀이 있을 때 보단 핀이 없을 때 오차가 덜 발생함을 볼 수 있다. 핀이 없는 경우와 비교해 보면 핀이 없는 경우일 때보다 오차가 더 작음을 알 수 있다. 이는 핀이 없는 경우일 때보다 핀이 있는 경우에 디지털 마노미터의 값을 더 정확히 읽었으리라 생각이 된다. 그 이유는 디지털 마노미터는 값이 적으면 적을수록 그 값을 측정하기가 어려운데, 핀이 있는 경우가 핀이 없는 경우보다 압력 강하 값이 크므로 오차가 비교적 적게 발생 하였을 것이다.
7. 고찰
- 이번 실험은 고온유체로 물을, 저온유체로 공기를 사용하여 핀이 없는 (unfinned) 관 (tube) 열교환기와 plate fin이 부착된 (finned) 열교환기의 성능 실험을 수행하여 각각의 유량, 온도와 압력을 측정하고 열교환기의 총괄 열전달 계수, 열전달량, 전열 면적, 압력강하량 등을 계산함으로서 열교환기에 대한 설계의 기초를 제공함을 목적으로 하는 실험이었다. 열교환기 설계 시에는 열전달 요구량, 가격, 크기 및 압력 강하량 등을 고려해야 한다고 한다. 이에 따라 열교환기 형식과 크기, 그리고 모터의 용량 등을 결정하게 되는 것이다. 일단 실험 장치를 접했을 때 무척 큰 규모임을 느낄 수 있었다. 다른 실험장비들은 대개는 왜소했기 때문이다. 핀을 감당하려면 이정도의 규모는 돼야 할 것이다. 실험은 핀이 있을 때와 없을 때 두 번 진행 되었다. 큰 소음이 동반되었다. 요즘 날씨가 무척 더워졌는데 실험실로 마찬가지로 더운 편이었다. 실험에 영향을 끼칠 것이라 판단이 되었다. 결과적으로 보면 오차가 비교적 큰 실험이 되었다. 오차의 원인은 기계의 노후화나 기계자체의 문제가 있을 것이고 방금 말했던 것처럼 온도나 먼지 등에 의한 환경요인이 있을 것이다. 이번 실험에선 측정오차는 거의 없었을 것이다. 이번 실험을 통해 열교환기라는 것을 알게 되었고 열교환기를 사용하는 방법을 배웠다. 지금 바로 열교환기 설계를 하라고 하면 조금 힘들겠지만 좀 더 이론적인 것을 공부한다면 충분히 해낼 것으로 본다. 다른 설계에 응용도 될 수 있을 것이다.
마지막 실험이라 실험에 매우 적극적으로 참여하였다. 두 조가 합쳐서 하는 것이라 큰 역할을 한 것은 아니지만 실험 전반적인 것을 이해하려하였고 실험에 적극 가담하였다.

키워드

열교환기,   열교환기 성능,   열교환기 설계