열전달실험

소개글

열전달실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

에 일정한 양의 열량을 공급하고, 공급 열량의 값(Q)을 기록한다.
3) Test Model 등 온도 분포가 정상 상태(steady state)에 도달된 후 Test Model(Heater)의 온도()와 풍동(wind tunnel)내부의 공기 온도()를 측정한다.
4) 풍동안의 Fan을 가동하여 공기의 속도를 변화시켜, 일정한 속도에 도달한 후 정상 상태에 도착할 때가지 기다렸다가, 강제대류 상태에서 공기의 속도와 Test Model 표면의 온도()와 풍동안의 공기의 온도()를 측정한다.
5) Test model을 Finned Plate 바꾸어 위의 실험을 반복한다.
5. 실험결과
전력 Q = 10.5W
실험실온도 = 23.5℃
유속
경과시간(min)
평판()
핀판()
측정값(℃)
측정값(℃)
0
23.5
25.9
5
29.6
28.2
10
33.8
29.2
15
37.5
29.7
20
40.8
29.9
25
43.8
30.0
30
46.0
30.0
0
46.1
30.0
5
47.9
30.5
10
49.5
30.7
15
50.8
30.7
20
51.9
30.7
25
52.7
30.7
30
53.5
30.7
0
53.5
30.7
5
54.8
32.6
10
56.0
34.3
15
56.9
35.7
20
57.6
36.7
25
58.3
37.6
30
58.8
38.3
위의 결과를 이용해서 대류열전달계수 h를 구해본다.
1) 평판의 경우
: 평균 대류 열전달 계수
Test
No
공기 속력, V
[m/s]
표면 온도, Ts [℃]
Ta
[℃]
Ts-Ta
[℃]
Q / A
[W/m2]
[W/m2 k]
1
0
58.8
23.5
35.5
954.55
26.89
2
0.4
53.5
23.5
30.0
954.55
31.82
3
0.8
46.0
23.5
22.5
954.55
42.42
2) 핀판의 경우
Test
No
공기 속력, V
[m/s]
표면 온도, Ts [℃]
Ta
[℃]
Ts-Ta
[℃]
Q / A
[W/m2]
[W/m2 k]
1
0
38.3
23.5
24.8
183.06
7.38
2
0.4
30.7
23.5
7.2
183.06
25.43
3
0.8
30.0
23.5
6.5
183.06
28.16
평균적으로 핀판보다 평판에서의 대류열전도계수가 높고, 속도가 올라갈수록 대류열전도계수가 높아진다.
※ 참고문헌
1) 기계공학실험교재편찬회, 기계공학응용실험, 청문각, 2009
C. 복사 열전달 실험
1. 실험목적
매체가 없는 경우, 예를 들어 우주 공간과 같이 진공상태인 공간을 통해서도 열전달은 일어난다. 원자들이 가지고 있는 에너지는 전자기파 형태로 방사되는데, 이때 방사되는 전자기파의 파장은 복사체의 온도에 의해서 결정된다. 이처럼 매체를 이용하지 않고 전자기파 형태로 열을 전달시키는 방법이 ‘복사’이다.
복사 열전달 실험을 통하여 고체 표면에서 열복사(Thermal Radiation)에 의한 단위시간당 복사 열전달량과 열복사 물질의 표면 온도를 측정하여, 복사체(물질) 표면의 방사율(emissivity)을 알아본다.
2. 실험내용 및 이론적 배경
1) 실험내용
열원과 복사계가 거리조절이 가능한 레일 위에 설치되어 있다. 열원의 출력을 고정한 후 복사계를 뒤로 이동시키면서 복사계의 측정값을 읽는다. 거리가 멀어질수록 복사계가 받는 복사열량이 감소하게 된다. 이 관계를 그래프로 나타내어 거리와 복사열량과의 관계를 확인한다. 또한, 열원과 복사계 사이에 다양한 금속판을 설치하여 금속판으로부터 복사 열전달량과 표면온도를 측정한다. 이로부터 금속판의 방사율을 계산한다.
2) 이론적 배경
(1) 복사강도 역제곱의 법칙
발열체의 표면에서 방사된 열복사의 강도는 거리의 제곱에 반비례한다.
(2) 흑체복사(Stefan-Boltzmann Law)
여기서,
q″= 표면에서 방사되는 열속 [W/]
σ = Stefan-Boltzmann 상수 = 5.67× []
= 복사체 표면의 절대온도 [K]
(3) 실제의 표면(회체)에서 열복사율
ε = emissivity (방사율) (흑체는 1, 회체는 1이하임)
(4) 복사체 표면과 주위의 단위 시간당, 단위 면적당 순 복사 열교환율의 측정
q″ = 5.59 × 복사계 수치값 (R)
= 주변의 절대 온도 (본 실험에서는 대기의 온도) [K]
3. 실험장치
4. 실험방법
1) 복사 열전달 역제곱의 법칙
(1) 위의 그림과 같이 실험 장치를 구성한다.
(2) 출력조절기 위치를 6에 고정시킨다.
(3) X=100mm부터 X=700mm까지 거리를 100mm씩 증가시키며, 정상상태에서 복사 계의 수치값(R)을 기록한다.
(4) 복사계에 감지되는 복사열량을 Reading value R을 기준으로 다음과 같이 계산한 다.
q\" = 5.59 R [w/㎡]
(5) 거리(X)와 Radiometer에 감지되는 복사열량 q\"과의 관계를 선형 좌표계와 Log-Log좌표계를 사용하여 그래프를 작성한다.
2) 방사율 ε
(1) 위의 그림과 같이 실험 장치를 구성한다.
(2) 복사 열원 앞에서 Y만큼 떨어진 거리에 흑색판, 은색판, 광택판 중에서 하나의 금속판을 설치한다.
(3) X=110mm, Y=50mm 위치에 복사계와 금속판을 고정시킨다.
(4) 출력조절을 max부터 1까지 감소시키며, 정상상태에서 금속판의 표면온도()와 복사계의 수치(R)를 기록한다.
(5) 흑체복사의 복사능(emissive power)과 실제 표면(회체)에서 실험한 데이터를 비교하여 실험에 사용된 금속판의 평균 방사율을 구한다.
5. 실험결과
1) 복사 측정과 복사체로부터의 열전달률
실험번호
단위
1
2
3
4
5
6
7
거리
mm
100
200
300
400
500
600
700
복사계
1065
404
176
81
35
10
-3
열전달률
5953.35
2258.36
983.84
452.79
195.65
55.9
-16.77
2) 흑색판의 방사율 계산
출력조절
금속판 온도 [K]
주위 온도 [K]
복사계(R) []
q\"=5.59×R
[W/㎡]
6
321
296.5
20
111.8
0.683
5
320
296.5
2
11.18
0.072
※ 참고문헌
1) 기계공학실험교재편찬회, 기계공학응용실험, 청문각, 2009

키워드

열전달실험,   열전도계수,   실험방법,   실험결과,   결과고찰