열유체공학실험：대류열전달실험

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열유체공학실험：대류열전달실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목 차

1. 요약문

2. 서론 : 대류 이론

3. 본론

3.1 실험장치 및 실험방법

3.2 실험결과와 고찰

4. 결론

5. 참고문헌

본문내용

있다.
에너지 평형으로부터 우리는 가 얼마만큼 유선방향으로 변하는지 결정할 수 있다.
위 그림에서 에너지 평균을 고려하면
와 가 일정하다는데 대해서
(질량유량)
가 된다.
이 식에서 유변은 모두 일정하므로 는 의 일차함수이다. 판 내의 열적 발달 영역에서 다음식이 유도된다.
판에서 외부로 열손실이 없다면 유체의 열전달은 유체가 열량 과 같다. 그러므로 입구온도, 바깥 벽면온도, 전기 압력을 측정하므로서 열전달계수를 구할 수 있다.
앞 식 을 적분하면
: 체적온도
: 공기흐름 출구온도
: 열플럭스
: 관의 안지름
: 유체의 정압비열
: 질량유량
: electric heating length
안쪽벽면 온도는 바깥쪽 벽면 온도에 의해서 계산되어진다.
: 관 내벽온도
: 관 외벽온도
: 관을 구성하는 재질의 단위 체적당 열플럭스
: 관의 열전도율
: 관의 두께
이 식에서
Nusselt 수
: 관의 내부지름
: 열전달계수
: 에서의 공기의 열전도율
수 계산
Dittus-Boelter식에서
여기서
: 중량유량
: 유체 비중량
: 에서의 관내 공기의 운동 점성계수
: 관내에서의 에서의 공기의 온도 확산율
: 튜브의 내경
*보조식
: 내부벽면에서의 열플럭스
: 튜브 길이를 통과하는 열플럭스
: 튜브 길이에 대한 내벽면적
: 튜브의 길이
: 관의 길이
: 전류
: 전압
: 튜브 길이를 통과하는 열플럭스
: 관의 전도 열플럭스
: 튜브 길이를 통과하는 열유속에 대한 튜브체적
: 전류
: 전압
: 튜브 외경
: 튜브 내경
: 전기적으로 가열되는 튜브길이
: 일 때의 비중량
: 절대압력
: 대기압
: 표준온도
: 공기의 절대온도
: 유량
: 을 계산하기 위한 공기의 체적온도
□ 실험결과
Measurements & Calculation
Q
T
P
A
V
Outside Surface Wall temperature of Tube
Digital Thermometer(℃)
60
25
0.26
36
2.5
38
40
43
45
47
51
56
65
74
83
951.1765
298.15
1.4815
6.5631
5796.9848
10539972.27
Inside Surface Wall Temperature of Tube (℃),
37.91
39.91
42.91
44.91
46.91
50.91
55.91
64.91
73.91
82.91
Bulk Temperature of Air in Tube (),
298.44
298.73
299.30
299.88
301.03
303.92
309.68
321.22
332.75
344.28
Local Heat Transfer coefficient (),
459.35
404.53
345.88
318.87
304.62
287.83
299.12
344.24
405.10
492.10
가열시
Average
302.61
304.78
0.05843
0.02236
19306.86
0.7278
67.6677
□ 고찰
실험 측정값으로 그린 외벽의 온도 그래프를 보면 이후구간에서는 일정한 기울기로 온도가 증가하는 것을 확인할 수 있지만 이내의 구간에서는 온도가 급격히 상승하면서 서서히 기울기가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이러한 원인으로는 입구쪽에서 가열되지 않은 공기가 관내부로 들어오면서 관내에서 가열되기 때문이라 생각된다.
그리고 가 일정하므로 관내벽의 온도도 비슷한 그래프를 그리는 것을 확인할 수 있었다.각 위치별 공기의 온도는 가 일정하므로 서서히 증가하는 것을 알 수 있는데 이 값들로 국부열전달계수를 구해보면 이내의 구간에서는 급격히 감소하다가 이후 구간부터 서서히 증가하는 형태를 띄었다. 이 값들의 평균값을 구해 대류열전달계수와 공기의 평균온도를 구해서 너셀수를 구하였는데 이론식으로 구한 너셀수와 약 20%의 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 오차가 발생하는 원인으로는 첫 번째로 유량공급이 일정하지 않은 것 때문으로 예상되어진다. 비교적으로 일정한 유량의 공기가 공급되었지만 유량게이지가 항상 일정한 것이 아닌 순간순간에 상하로 이동하는 모습을 보였다. 둘째로 주어진 식에 계산함에 있어서 각각의 식에서 소숫점 몇자리 이하의 값들을 반올림하였는데 여기서도 오차가 발생하는 원인이 생길 것이라고 예상되어진다. 세 번째로 데이터표에서 우리가 원하는 값을 얻기 위해 보간을 하면서도 위와 같은 이유로 오차가 발생할 수 있다고 생각된다. 네 번째로는 이론식에서는 관의 내부표면이 매끈하다고 하였는데 관의 내부표면에서 발생하는 마찰도 원인이 될 수 있다고 생각된다. 다섯 번째로 레이놀즈수를 보면 알 수 있겠지만 관내부의 공기는 난류유동을 하고 있는데 관내의 유체의 속도가 난류유동에 의해 일정하지 않기 때문에 오차가 발생할 수 있을 것이라 생각되어진다. 여섯 번째로는 실험값을 이용해 계산을 실시할 때 구간별로 열유속이 일정하다고 계산을 하였는데 실제 실험기에서 전 구간에 일정한 열유속을 유지하기는 매우 어렵다고 생각되어진다. 그리고 무엇보다도 열전달에서는 대부분의 상관식은 실험적 연구에 기초를 두고 있기 때문에 완벽히 정확한 이론식은 존재하지 않는다 생각되고 이론해와 실제값을 비교해보면 어느정도의 오차는 발생할 수 있다고 생각된다.
4. 결론
실험을 실시함에 있어 대류열전달 실험기 안으로 에어컴프레셔가 일정한 유량을 공급하고 관의 전구간에 열유속이 일정하다고 가정하고 실험을 실시하였다. 관의 표면온도를 온도게이지를 통해 측정하고 관내의 공기의 온도를 계산하여 이를 이용해 대류열전달 계수를 구하고 너셀수를 계산하였다. 이 너셀수와 이론식을 통해 구한 너셀수는 약20%의 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있었는데 큰이유로는 공기의 유량이 완벽하게 일정하지 않고 관내의 전구간에 열유속이 일정하지 않아 우리가 식으로 계산한 관내공기의 온도와 실제 공기의 온도가 차이가 있어서 오차가 발생하는 것으로 예상되어진다.
5. 참고문헌
[1] 유성연, 김경훈, 김병철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역(Yunus A, Cengel, Afshin J. Ghajar 원저), 열전달 4판, ㈜교보문고, 서울, 2012.

키워드

열유체공학실험,   기계공학,   열역학,   유체역학