[열공학 실험 보고서] 대류 열전달 실험

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[열공학 실험 보고서] 대류 열전달 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적

2. 이론해석

3. 실험장치

4. 실험준비

5. 실험방법

6. 실험보고서

7. 결론

8. 후기/참고문헌

본문내용

이해한다.
(2) '2.2 실험장치 설치 순서‘ 항에 따라 장치들이 설치 및 점검 되었는지, 위 그림 과 같이 설치되었는지 확인한다.
(3) 평면 열교환기(3, flat plate heat exchanger), 히터(평판)온도 측정 연결선(6), 히 터 전원 공급선(10)이 연결되었는지 확인한다
(4) 실험을 빠르게 진행시키기 위해, 앞에서 서술한 ‘2.3 측정범위’ 및 ‘2.4 실험 진 행과정’을 검토한다.
<수직 평면에서의 강제대류>
(1) 실험하기 전 ‘2. 실험장치’ 항을 검토하고 완전히 이해한다.
(2) ‘2.2 실험장치 설치 순서’ 항에 따라 장치들이 설치 및 점검 되었는지, 위 그림 과 같이 설치되었는지 확인한다.
(3) 평면 열교환기(3, flat plate heat exchanger), 히터(평판)온도 측정 연결선(6), 히 터 전원 공급선(10), 팬 전원 공급선(17)이 연결되었는지 확인한다
(4) 실험을 빠르게 진행시키기 위해, 앞에서 기술한 ‘2.3 측정범위’ 및 ‘2.4 실험 진 행과정’을 검토한다.
5. 실험방법
<수직 평면에서의 자연대류>
(1) 계기 조절판(8)의 전원 스위치를 ON 시킨다.
(2) 히터 전원조절 다이얼(A)을 시계방향으로 돌려 전력 미터기에 25W가 되도록 한다.
(3) 전력량(Q)은 전력미터기, 히터온도(tH) 및 대기온도(tA)는 온도 미터기에서 측정 한다.
(4) 히터온도가 정상상태에 도달하면 전력량 및 히터온도를 기록하고, 히터온도 측 정 연결선(6)을 공기온도측정 연결선(7)으로 교체 연결해 대기온도를 기록한다.
(5) 전력 공급량을 20W, 15W, 10W, 5W, 0W에 설정하고 실험을 반복한다.
(6) 식①을 이용하여 열전달계수 h값을 구한다. 식② 또는 식③을 이용하여 경험식 (empirical formulae)으로부터 열전달계수 h 값을 구한다.
※ 주의 : - 풍력계의 배터리가 소모되므로, 사용치 않을 경우 반드시 'OFF‘로 하여 배터리 소모를 막는다.
- 메인 전선을 반드시 110V 전원에 연결시킨다.
<수직 평면에서의 강제대류>
(1) 계기 조절판(8)의 전원 스위치를 ON 시킨다.
(2) 히터 전원조절 다이얼(A) 및 팬 속도조절 다이얼(B)을 각각 시계방향으로 돌려 전력미터기가 20W, 풍력계 속도가 2.5m/sec가 되도록 한다.
(3) 평판온도가 정상상태에 도달하면, 전력량(Q)은 전력 미터기에서, 평판온도(tH) 및 대기온도(tA)는 온도 미터기에서, 공기속도(UA)는 풍력계에서 측정하여 기록 한다
(4) 풍력계 공기속도를 2.0, 1.5, 1.0, 0.5, 0 m/sec에 설정하고 실험을 반복한다.
(5) 식①을 이용하여 열전달계수 h 값을 구한다. 식②와 식③을 이용하여 경험식으 로부터 평균 열전달계수 hmen를 구한다.
※ 주의 : - 풍령계의 배터리가 빠르게 소모되므로, 사용치 않을 경우 반드시
‘OFF’로 하여 배터리 소모를 막는다.
- 메인 전선을 반드시 110V 전원에 연결시킨다.
6. 실험보고서
<수직 평면에서의 자연대류>
No.
Q (W)
tA(℃)
tH(℃)
tH-tA(℃)
eq. (1)
h (W/m2K)
Gr
eq. (3)
h (W/m2K)
1
0
21.9
21.9
0
0
-
0
2
5
21.9
25.2
3.3
137.7
0.49×106
3.15
3
10
21.9
30.1
8.2
110.9
1.22×106
3.99
4
15
21.9
37.2
15.3
89.1
2.30×106
4.72
5
20
21.9
46.3
24.4
74.5
3.66×106
5.36
6
25
21.9
56.1
34.2
66.5
5.12×106
5.88
<수직 평면에서의 강제대류>
No.
UA
(m/s)
tA
(℃)
Q
(W)
tH
(℃)
tH-tA
(℃)
eq. (1)
h
h(W/m2k)
Pr
ReL
NuL
eq. (3)
hL,men
h(w/m2k)
1
0
21.9
20
56.4
34.5
52.7
0.707
-
-
-
2
0.5
21.9
20
48.8
26.9
67.6
0.707
3303
21.5
5.39
3
1.0
21.9
20
44.0
22.1
82.3
0.707
6606
37.5
9.39
4
1.5
21.9
20
39.7
17.8
102
0.707
9909
51.9
13.0
5
2.0
21.9
20
36.0
14.1
129
0.707
12551
62.7
15.7
7. 결 론
가열된 평판을 정지상태인 공기에 노출시키면 공기는 평판주위의 밀도구배에 의하여 움직이게 된다. 이러한 경우를 자연대류라 하며 가열된 평판주위를 외부의 힘에 의해서 유체가 흐르게 함으로써 냉각시키는 경우를 강제대류라 한다. 우리의 실험중 자연대류 실험에서의 tH 와 tA의 차이는 전력량이 클때 커지는 것을 알 수 있었고 강제대류 실험에서는 공기속도가 클때 tH 와 tA의 차이는 작다는 것을 알 수 있었다. 이것은 자연대류의 경우 단지 밀도차에 의하여 열전달이 일어나고 강제대류의 경우 외부의 힘에 의하여 강제적으로 유체를 이동시키므로 이러한 결과가 나온 것이다.
8. 후기/참고문헌
대류에 의한 열전달은 산업용 열교환기 및 관련장치에서 많이 발생한다. 따라서 이를 이해하고 공학적으로 모델링하는 것이 중요하다. 대류 열전달로는 자연대류와 강제대류가 있는데 자연대류는 외부에 의해 강제적이지 않은 온도차에 의해 생기는 유동이며 강제대류 외부의 힘이 작용하여 강제적으로 이동하는 유체의 흐름을 말한다. 대류 열전달을 이해하기 위해서는 Pr, ReL, PeL, NuL, Gr, Ra, Pr 과 같은 무차원수를 알아야 했다. 그런데 복잡해 보이는 식들이 몇 가지 있었다. Nu수 같은 경우 구하는 식이 왜 그렇게 되는지 이해가 잘 가지 않았고 구하는 과정도 어려웠다. 책에 적힌 식대로 값은 구하여 보았지만 왜 그런 식을 이용하여 이런 값들을 구하는지 세부적인 과정들은 이해를 하지 못하였다. 이번 실험을 통하여 이러한 개념들을 알게 되었으니 이제 좀 더 심화 적으로 그 개념을 유도하는 과정들을 알기위해 노력해야겠다.
-참고문헌
네이버 지식백과, 실용열전달-사이텍미디어(정모, 강희찬, 김석현 남궁규완, 강병하 저), 네이버 블로그, 위키백과

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