이중관 열교환기 실험_결과레포트 [A+]

소개글

이중관 열교환기 실험_결과레포트 [A+]에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Abstract
2. Experiment
3. Result & Discussion
4. Conclusion
5. Reference

본문내용

저온유체의 열전달량이 고온유체의 열전달량보다 더 큰 것을 확인할 수 있다. 또한 이상적인 상황에서는 고온유체에서 잃은 열량과 저온유체에서 얻은 열량이 같아야 하는데, 실제 실험에서는 이러한 완벽한 일치를 얻기 매우 힘들기 때문에 오차도 당연한 것이겠지만 어떠한 원인들이 있는지 4. Conclusion 에서 더 자세하게 분석해보겠다.
이제 고온유체와 저온유체의 온도차에 대한 평균값인 대수평균온도차 를 구해보자. 를 구하기 위한 식은 다음과 같이 향류와 병류에서 달라지므로 다음 식을 이용해서 계산해보자.
향류 : , 병류 :
향류
유량
대수평균온도차 ()
고온유체
저온유체
2
1
13.2
23.8
17.982
2
19
21.8
20.368
3
21.7
20.3
20.992
4
22.3
18.8
20.500
Table 5. 향류에서 고온과 저온 유체의 대수평균온도차 ()
병류
유량
대수평균온도차 ()
고온유체
저온유체
2
1
28.6
12
19.113
2
28.3
12
18.999
3
28.4
13.2
19.839
4
28.1
13.3
19.786
Table 6. 병류에서 고온과 저온 유체의 대수평균온도차 ()
이제 지금까지 계산한 열교환량 와 대수평균온도차 을 이용해 Table 3,4,5,6의 값을 이용해 총괄열전달 계수 의 값을 계산해보자. 이를 구하기 위한 공식은 다음과 같다. 이번 세미나에 사용한 열교환기의 효용 면적은 다음 Table 7의 열교환기 정보를 통해 알수있듯이 0.071를 사용한다.
: 총괄열전달계수 [ ], : 열량 [ ]
A : 면적 [], : 대수평균온도차 [ ]
Table 7. 이번 실험에 사용한 이중관 열교환기의 정보
향류
유량
총괄열전달계수 ( )
고온유체
저온유체
2
1
644.51
901.21
772.86
2
742.597
1012.635
877.616
3
832.81
1052.715
942.76
4
958.20
1245.668
1101.93
Table 8. 향류에서 고온과 저온유체에서의 총괄열전달계수
병류
유량
총괄열전달계수 ( )
고온유체
저온유체
2
1
534.42
734.836
634.63
2
713.396
971.875
842.636
3
802.01
1054.489
928.25
4
913.36
1111.919
1012.64
Table 9. 병류에서 고온과 저온유체에서의 총괄열전달계수
Table 8.과 Table 9.를 보면 저온유체의 유량이 같을 때 향류에서의 총괄열전달 계수가 항상 더 높은 것을 알 수 있다. 이를 통해 향류가 병류보다 열의 손실이 적게 일어나며, 따라서 더 효율이 좋다는 것을 알 수 있다. 이제 이론적인 효율의 공식을 이용해 실제 열교환기의 효율을 구해 향류와 병류의 효율을 비교해보자.
- 향류의 효율 :
- 병류의 효율 :
유량
효율
고온유체
저온유체
향류
병류
2
1
0.447
0.182
2
0.405
0.244
3
0.410
0.042
4
0.448
0.043
Table 10. 향류와 병류의 효율
이 표를 보면 모든 유량에서 병류보다 향류의 효율이 더 높다는 것을 알 수 있다. 즉 향류에서 고온유체에서 저온유체로의 열전달을 더 잘 한다는 것이다. 이는 Table 9에서 알아본 총괄열전달계수를 통해 향류가 더 효율이 높을 것이라고 예상한 것과 일치한다.
4. Conclusion
- Table 9와 10으로부터 향류가 병류보다 열손실이 더 적어 효율이 좋다는 것을 알 수 있었다. 향류가 병류보다 효율이 높은 것은 향류는 서로 다른 온도의 두 유체가 흐르는 방향이 서로 같아 서서히 온도를 교환하는 반면, 병류는 두 유체가 반대 방향으로 흘러 급격하게 온도를 교환하기 때문이다.
또한 고온유체의 유량은 고정시키고 저온유체의 유량만을 변화시켜 주었을 때 유량이 증가할수록 열교환기의 열전달량은 증가했기 때문에 냉수의 유량이 증가할수록 열교환기의 효율은 더 좋아진다는 것을 알 수 있다.
이번 실험에서 Table 3과 4에서 열교환량을 구할 때 이론적으로라면 고온 유체에서 잃은 열량과 저온 유체에서 얻은 열량이 같아야 하는데, 결과적으로 같지 않게 나온 것을 알 수 있다. 이러한 오차가 나오게 된 원인들을 분석해보자면 다음과 같이 정리할 수 있다.
우선, 실험 동안 정상상태를 제대로 유지하지 못한 것이 실험값의 오차를 일으킨 원인 중 하나라고 생각한다. 이번 실험에서는 이중관 열교환기를 사용했는데, 고온유체가 담기는 탱크는 온도를 일정하게 유지해주는 항온 기능이 없기 때문에 가열된 고온의 유체의 온도가 일정하게 유지되는 것이 불가능했다. 가열된 고온 유체는 열교환기를 통과해 흘려보내진 후 다시 들어오는 것이 아니라 밖으로 내보내지기 때문에 새로 들어오는 유체의 온도는 앞서 측정했던 유량에서의 유체의 온도와 일치하지 않을 확률이 높기 때문이다.
또다른 작은 오차의 원인으로 이번 실험에서 사용했던 이중관식 열교환기의 온도 측정 장치부 중 한 장치의 부정확성이 있다. Fig 4 에서 온도측정 장치부의 사진을 볼 수 있는데 이 장치부 중 나머지 장치들은 다 소수점아래 첫째자리까지 온도가 기록되는데 ③번 장치만이 소수점 아래 온도를 기록하지 못하는 다른 부품의 기계였다. 그래서 0.1의 온도차이도 중요한 실험인데 계속 같은 온도로 유지되는 것처럼 측정되어서 온도를 분류하는 것이 어려웠다. 이 자리가 병류 실험에서의 저온유체 (in)의 자리였는데, 병류일 때 이 위치는 온도차이가 매우 작은 결과가 나오는 부분이어서 변화가 아예 멈춰 나타나지 않았다. 그래서 조원들끼리 상의해 고민 끝에 오차를 최소로 하기 위해서 향류일 때의 저온유체 (in)의 온도였던 23.5로 맞춰 통일해 계산하기로 했지만, 이는 실제 온도값이 아닌 임의로 예상한 값이기 때문에 이로 인한 오차도 있었을 것이라고 생각한다.
또한 이번 실험에서는 고온 유체를 2으로 고정하고 저온유체의 유량만을 계속 변화시켜주면서 온도를 재주었는데, 이렇게 저온 유체의 유량을 조절하는 것은 사람의 눈으로 보면서 하는 것이고 눈금 자체가 매우 작아 유량을 정확하게 맞추는 것이 어려웠다.
5. Reference
[1] 2019학년도 3학년 2학기 실험노트

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