[실험보고서] 열전달 실험 - 전도 열전달 실험 & 자연대류와 강제대류 열전달 실험 & Nucleate Pool Boiling 실험 & 복사 열전달 실험

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[실험보고서] 열전달 실험 - 전도 열전달 실험 & 자연대류와 강제대류 열전달 실험 & Nucleate Pool Boiling 실험 & 복사 열전달 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 전도 열전달 실험
　1) 실험목적
　2) 이론적 배경
　3) 실험장치
　4) 실험방법
　5) 실험 측정 데이터
　6) 실험 데이터 분석 및 고찰
　7) 결론

2. 자연대류와 강제대류 열전달 실험
　1) 실험목적
　2) 이론적 배경
　3) 실험장치
　4) 실험방법
　5) 실험 측정 데이터
　6) 실험 데이터 분석
　7) 고찰 및 결론

3. Nucleate Pool Boiling 실험
　1) 실험목적
　2) 이론적 배경
　3) 실험장치
　4) 실험방법
　5) 실험 측정 데이터
　6) 실험 데이터 분석
　7) 고찰 및 결론

4. 복사 열전달 실험
　1) 실험목적
　2) 이론적 배경
　3) 실험장치
　4) 실험방법
　5) 실험 측정 데이터
　6) 실험 데이터 분석 및 고찰
　7) 결론

[ 참고 문헌 ]

본문내용

위 시간당 복사 열전달량과 열복사 물질의 표면 온도를 측정하여, 복사체(물질) 표면의 방사율(emissivity)을 알아본다.
2) 이론적 배경
□ INVERSE SQUARE LAW FOR RADIATION INTENSITY
발열체의 표면에서 방사된 열복사의 강도는 거리에 제곱에 반비례한다.
□ EMISSIVITY
① Stefan-Boltzmann Law for Blackbody
q'' = σ Ts4
q'' = Emissivity Power from Surface [W/m2]
σ = 5.67 × 10-8 [W/m2K4]
Ts = 복사체 표면의 절대온도 [K]
② 실제의 표면(회체 : grey surface)에서 열복사율
q'' = εσ Ts4
ε = emissivity (방사율) (흑체는 1, 회체는 1이하임)
③ 복사체 표면과 주위의 단위 시간당, 단위 면적당 net 복사 열교환율의 측정
q''net = εσ (Ts4 - Ta4)
q'' = 5.59 × reading from radiometer (R)
Ta = 주변의 절대 온도 (본 실험에서는 대기의 온도) [K]
3) 실험장치
4) 실험방법
□ INVERSE SQUARE LAW FOR RADIATION HEAT TRANSFER
① 그림과 같이 실험장치를 구성한다.
② Power control unit에서 position을 6에 고정시킨다.
③ X=100mm부터 X=600mm까지 거리를 100mm씩 증가시키며, 정상상태 에서 radiometer의 수치값(R)을 기록한다.
④ Radiometer에 감지되는 복사열량을 Reading value R을 기준으로 다음 과 같이 계산한다.
q"=5.59R[W/m2]
⑤ 거리(X)와 Radiometer에 감지되는 복사열량 q″과의 관계를 Linear 좌 표계와 Log-Log 좌표계를 사용하여 그래프를 작성한다.
□ EMISSIVITY, ε
① 그림과 같이 실험장치를 구성한다.
② Radiation Heat Source앞에 위치한 Metal plate는 Black plate, Silver Anodised plate중에 한 개를 선택하여 사용한다.
③ X=110mm, Y=50mm 위치에 Radiometer와 Metal plate를 그림과 같이 고정시킨다.
④ Power control을 6V부터 5V까지 감소시키며, 정상상태에서 Metal plate의 표면온도 (Ts)와 Radiometer의 수치(R)를 기록한다.
⑤ Blackbody radiation의 Emissive power와 Real(grey body) surface에서 실험한 data를 비교하여 실험에 사용된 Metal plate의 평균 Emissivity 를 구한다.
5) 실험 측정 데이터
① Radiation Measurement and Heat Transfer Rate from Radiant Body
Test NO
Symbol Unit
1
2
3
4
5
6
Distance
X
mm
100
200
300
400
500
600
Radiometer
R
W/m2
1411
529
226
107
52
26
Heat Transfer Rate
q"
W/m2
7887.49
2957.11
1263.34
598.13
290.68
145.34
② Data for Calculating Emissivity from Black Plate
READINGS
READINGS
POWER
Temperature at
Metal plate
Ts[K]
Ambient
Temperature
Ta[K]
Radiometer
R [W/m2]
q"
ε
6
402
298
95
531.05
0.514
5
381
298
60
335.4
0.449
③ Data for Calculating Emissivity from Silver Anodised Plate
READINGS
READINGS
POWER
Temperature at
Metal plate
Ts[K]
Ambient
Temperature
Ta[K]
Radiometer
R [W/m2]
q"
ε
6
376
298
44
245.96
0.358
5
337
298
9
50.31
0.177
6) 실험 데이터 분석 및 고찰
① 거리에 따른 Radiometer R[W/㎡]의 관계 그래프
⇒ 거리에 따른 열복사의 강도를 알아보는 실험 결과는 위의 그 래프와 같이 거리에 따라 반비례를 이루는 것을 알 수 있는데, 정확하게는 거리의 제곱에 반비례하는 것을 알 수 있었다.
② 전압과 열유속의 관계 그래프
⇒ 전압과 열유속의 관계 그래프에서는 전압이 높아짐에 따라 Black Plate와 Siver Anodised Plate 모두 열유속이 증가함을 보였다. 이는 많은 열을 공급함에 따른 단위면적당의 열량 증 가의 당연한 이치이다.
⑤ 전압과 방사율의 관계 그래프
⇒ 전압에 따른 방사율의 관계 그래프에서는 Black Plate가 Siver Anodised Plate보다 방사율 값이 높게 나와 열복사율이 더 좋음 을 알 수 있다. 허나 이론적인 흑체의 방사율인 1에는 미치지 못 하였는데, 검은색 물질이라도 이상적인 형태로 100% 흡수할 수 없음이 나타났고, Plate의 재료에 따라서 복사되는 정도가 달라짐 을 알 수 있었다.
7) 결론
복사 열전달 실험은 거리에 따른 열복사의 강도를 알아보는 실험과 복사 체의 방사율을 계산하는 실험을 하였다. 열복사의 강도는 거리의 제곱에 반 비례하며, 전압이 증가하면 방출되는 복사 열전달량은 증가하게 되고 표면 온도도 증가하여 Stefan - Boltzmann Law의 식에서도 확인할 수 있듯이 복사 열유속은 온도의 4제곱에 비례한다.
[ 참고 문헌 ]
1) Incropera, DeWitt, Bergman, Lavine, "Introduction to Heat Transfer, 5th, Ed.", John Wiley & Sons, 2005
2) Yunus A. Cengel, "HEAT TRANSFER: A PRACTICAL APPROACH, 2th, Ed.", 한국맥그로힐, 2004
3) Munson, Fundamentals of Fluid Mechanics 5/E, John Wiley & Sons, 2005

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