열교환기 실험 레포트

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목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 장치
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 고찰

본문내용

온도의 값을 비교하여 열 교환 정도를 계산할 수 있다. 그 후 다시 오른쪽 관을 통해 물이 아래로 흐르며 또다시 열교환이 일어난다. 열 교환이 끝난 후 오른쪽 아래에 있는 온도계로 다시 한번 온도를 측정하여 열 교환 정도를 확인할 수 있다. 대향류일 경우에는 찬물과 뜨거운 물이 반대로 흐른다.
4. 실험 방법
① 시험부 뒤의 탱크에 물을 충분히 채운다.
② 콘트롤 밸브를 평행류 형태로 세팅한다.
③ 펌프를 작동시키고 유량조절 밸브를 사용하여 유량을 Qh= 2000 cc/min, Qc= 1000 cc/min 에 맞춘다.
④ 히터 60℃에 세팅한다.
⑤ 온수의 온도가 60℃ 에 도달하면 측정을 시작한다.
⑥ 냉각수 유량을 Qc = 1500 cc/min, 2000 cc/min 로 변화시키며 실험을 반복한다.
⑦ 콘트롤 밸브를 대향류에 맞추고 Qh = 2000 cc/min, Qc = 1000 cc/min인경우 실험을 수 행한다.
5. 실험 결과
※ 측정값
① 평행류
온수유량
(ℓ/min)
냉수유량
(ℓ/min)
온 수 ( ℃ )
냉 수 ( ℃ )
입 구
중 간
출 구
입 구
중 간
출 구
2.0
1.0
60
56.5
54.3
24
36
42.3
1.5
60
55.8
52
24
33
39
2.0
60
53
49.2
23.5
31
36
② 대향류
온수유량
(ℓ/min)
냉수유량
(ℓ/min)
온 수 ( ℃ )
냉 수 ( ℃ )
입 구
중 간
출 구
입 구
중 간
출 구
2.0
2.0
60
57.5
53
25
33
42
→ 단위 변환을 해준다.
평
행
류
온수유량
[m]
냉수유량
[m]
온수입구
[K]
온수중간
[K]
온수출구
[K]
냉수입구
[K]
냉수중간
[K]
냉수출구
[K]
333.15
329.65
327.95
297.15
309.15
315.45
333.15
328.95
325.15
297.15
306.15
312.15
333.15
326.15
322.35
296.65
304.15
309.15
대
향
류
온수유량
냉수유량
온수입구
온수중간
온수출구
냉수입구
냉수중간
냉수출구
333.15
330.65
326.15
298.15
306.15
315.15
※ 전열량(Q), 외부 열손실, 효율구하기
① 전열량(Q) = 밀도() × 유량() × 정압비열() × 온도변화()
온수 전열량 = , (60℃, = 982, = 4.4186)
냉수 전열량 = , (15℃, = 1000, = 4.4184)
② 외부 열손실 = 온수 전열량 - 냉수 전열량
③ 효율 = 냉수전열량/온수전열량
# 전열량(Q), 외부 열손실, 효율을 계산
평
행
류
온수유량
[m]
냉수유량
[m]
온수
냉수
온수 전열량
Q[KW]
냉수 전열량
Q[KW]
열손실
[KW]
효율
[%]
3.33×
1.67×
5.7
18.3
5.01
2.54
2.47
50.6
2.5×
8
15
1.11
2.08
-0.97
187.4
3.33×
10.8
12.5
1.50
1.74
-0.24
116
대
향
류
온수유량
냉수유량
온수
냉수
온수 전열량
Q[W]
냉수 전열량
Q[W]
열손실
[KW]
효율
[%]
3.33×
3.33×
7
17
3.20
2.37
0.83
74
※ LMTD, UA 구하기
① LMTD 계산식
※ 평행류의 경우
여기에서
,
※ 대향류의 경우
여기에서
,
② UA 계산식
UA =
③ LMTD, UA를 구하여 표로 나타내면 다음과 같다.
평
행
류
온수유량
[m]
냉수유량
[m]
온수 전열량
Q[KW]
냉수 전열량
Q[KW]
LMTD
[K]
UA
[W/K]
3.33×
1.67×
5.01
2.54
21.84
230.4
2.50×
1.11
2.08
22.58
49.16
3.33×
1.50
1.74
23.20
64.66
대
향
류
온수유량
냉수유량
온수 전열량
Q[W]
냉수 전열량
Q[W]
LMTD
UA
3.33×
3.33×
3.20
2.37
22.63
141.4
온도 (℃)
비중량
γ
(N/m3)
밀도
ρ
(kg/m3)
점성게수
μ×106
(kg/ms)
동점성계수
v×106
(m2/s)
비열
(Kcal/Kg℃)
0
9805
999.9
1.792
1.792
1.008
10
9803
999.7
1.308
1.308
1.002
20
9789
998.2
1.005
1.007
0.999
30
9767
995.7
0.801
0.804
0.998
40
9737
992.2
0.656
0.661
0.998
50
9697
988.1
0.549
0.556
0.999
60
9658
983.2
0.469
0.577
1.000
70
9600
977.8
0.406
0.415
1.000
80
9557
971.8
0.357
0.367
1.003
90
9499
965.3
0.317
0.328
1.003
100
9438
953.4
0.284
0.296
1.007
6. 고찰
열교환기 실험은 대항류와 평행류에서의 열전도도의 차이를 알아 볼 수 있는 실험이다. 측정값을 확인해 보면 대항류와 평행류에서 온도 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 냉수와 온수가 만나면서 열교환이 이루어져 온도차는 작아진다. 대향류와 평행류에서 가장 중요한 점은 대향류의 경우 냉수가 도달할 수 있는 온도는 온수의 최대온도 근처까지 가능하다는 점과 평행류의 경우 냉수 도달할 수 있는 온도는 온수의 최소온도 근처까지 밖에 도달할 수 없다는 것이다.
실험 결과에 여러 가지 오차가 있을 수 있겠다. 우선 냉수의 유량을 바꾸면서 실험을 했기 때문에 관 속의 온도분포가 달라져 있을 텐데 측정 시기가 적절치 못해 정상상태를 유지 하지 못해서 오차가 생겼다. 또한 온도 측정시 기계가 아니라 직접 눈으로 확인하고 체크를 하기 때문에 온도를 읽는 과정에서 오차가 발생했다. 또한 실험결과를 살펴보면 대향류보다 평행류의 효율이 더 높게 나왔다. 이론상으로는 대향류의 효율이 더 높게 나와야 하지만 여러 오차로 인한 결과인 것 같다. 하지만 결과치를 보면 대향류에서 온수 전열량이 평행류보다 더 높은데 냉수 전열량은 비슷한 것으로 보아 기계적인 결함으로 온수의 열량이 냉수로 충분히 전달되지 않았고 열은 항상 주위로부터 열을 뺏기기 때문에 온수가 열을 옮길 때 열전도는 완벽하게 되지 않는 것으로 생각된다.

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