(결과) 실험 2. 이중관 열교환

소개글

(결과) 실험 2. 이중관 열교환에 대한 보고서 자료입니다.

목차

5. 실험 결과
　1) 병류 (저온유체의 유량은 1.0LPM(L/min)으로 일정하다.)
　2) 향류 (저온유체의 유량은 1.0LPM(L/min)일정하다.)

6. 결과 분석 및 토의∙건의사항

7. 문제풀이

8. 참고문헌

본문내용

있다고 생각된다. 또한, 펌프에서 진동이 일어나면서 물이 유입되는 경우도 있었는데 이 경우에 진동에 의한 추가적인 열 유입이 있을지 모른다고 생각한다.
- 따라서 지난 실험들과 마찬가지로 온도 지시계가 나타내는 값이 소수점까지 측정이 가능하고 주변 환경적인 요인들을 줄일 수 있다면 더 정확한 측정을 할 수 있을 것이다. 만약 고온유체 유입 지시계의 온도가 80이고, 저온유체 유입 지시계의 온도가 12라고 하자. 그러나 실제 온도가 80.9와 12.0이라면 약 1 가량이 차이가 나게 된다. 많은 차이는 아니지만 이런 작은 차이들이 모여서 결과적으로 큰 오차를 야기 시킬 것이다.
7. 문제풀이
2-1) 물의 평균열용량은 어떻게 구하나?
☞ 정압 열용량은 로 정의된다. 일반적으로 열용량은 (, , 는 온도에 무관한 파라미터이다.)의 관계식으로 온도 의존성을 보인다. 따라서 물의 온도에 따라서 열용량 값은 변화한다. 일반적으로는 열용량이 온도 의존성을 띄므로 (여기에서 첨자 는 평균값을 의미하고, 이며, 이다.) 그러나, 이 실험에서 물의 열용량을 온도에 의존하지 않는다고 가정하고 평균열용량으로 나타내었다. 실제로도 물의 열용량은 온도에 의존하지만 다른 값에 크게 영향을 주지 않는 범위 안에서 값이 변하여서 이러한 가정은 꽤나 타당하다고 할 수 있었다.
2-2) 는 어떤 가정 하에서 타당한가?
또한, 이라면 위의 식은 어떻게 표현되는가?
☞ 다음과 같은 가정 하에서 위 식은 타당하다.
① 열교환기는 그 주변과 단열되어 있으며, 고온유체와 저온유체 사이에서만 열 교환이 일어난다. 또한, 정상상태의 흐름이다.
② 관에 따른 축 방향의 전도는 무시할 수 있다.
③ 위치 및 운동에너지의 변화는 무시할 수 있다.
④ 유체의 비열은 일정하다.
⑤ 총괄 열전달계수는 일정하다.
그리고 이라면, 이 되므로 온도의 미소변화를 단순히 로 나타낼 수가 있다. 따라서 위의 식은 이 된다. (여기에서 이다.) 즉, 유입과 유출온도 차이가 같다면 로그평균 온도차를 적용할 필요는 없이 단순한 온도차만 적용하면 되는 것이다.
2-3) 실제로 사용되는 열 교환 장치에는 어떤 것들이 있는가?
☞ 1) 흐름배열에 따른 열교환기
① 병류 열교환기 (실험에 사용했던 열교환기이다.)
② 향류 열교환기 (실험에 사용했던 열교환기이다.)
③ 직·교류 열교환기 : 유체들이 서로 직각방향으로 흐르는 열 교환기로서 이 교환기에 사용되는 튜브나 핀들은 각각 평판형 또는 원형일 수 있다.
2) 구조형태에 따른 열 교환기
① Tube형 열교환기 : 두 유체가 혼합되지 않으며 일반적인 형태로는 Shell & Tube형 열교환기가 있다. 가장 간단한 형식으로 단일 Shell 통로와 단일 튜브통로를 갖고 있는 형태의 Shell-and-Tube형 열교환기가 있으며 두 개의 Shell 통로와 네 대의 튜브통로들을 가진 Baffle이 부착된 형태도 있다. Shell & Tube 열교환기는 폭넓은 범위의 열 전달량을 얻을 수 있으므로 적용범위가 매우 넓고 신뢰성과 효율이 높다.
② 평판형 열교환기 : 핀이 부착되어있거나 파형으로 되어있으며 단일통로 또는 다중통로방식으로 운전된다. 평판형 열교환기는 요철형으로 프레스 성형된 전열판을 교대로 포개서 유체가 수직방향으로 흐르게 한 구조의 열교환기이다. 전열판이 포개져 있어서 분해가 가능하며 따라서 청소를 할 수 있어 보존 및 점검이 쉽고 전열판의 개수를 조절하여 용량의 조절이 가능하다. 액체 간의 열 교환이 많이 사용되며 0.5이상의 고체 입자를 함유한 액체, 열전달 면적이 2500이상, 25 및 250이상, 상변화가 있는 경우, 유체의 속도 0.1이하인 경우에는 사용하지 않는 것이 좋다.
③ 핀평판형 열교환기 : 평판형 교환기의 일종으로 유체와의 접촉면적을 높여 효율(열교환기 효율이 아닌 열 교환 효율)을 높이기 위해 핀을 달아놓은 형태의 열교환기이다.
8. 참고문헌
§ Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics 7th Edition
(J.M.Smith, H.C.Van Ness, M.M.Abbott)
§ Introduction to Heat Transfer 5th Edition
(Incropera, DeWitt, Bergmann, and Lavine, Wiely)
§ Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer 5th Edition
(Welty, Wicks, Wilson, Rorrer)

키워드

화공실험,   결과,   이중관열교환,   열교환,   결과보고서