물-물대류 열전달 -열유체공학실험

소개글

물-물대류 열전달 -열유체공학실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 개요 및 목적
2. 이론
2.1 열전달율 계산
2.2 총괄 열전달 계수
2.3 효율 계산
2.4 동심관에서의 레이놀즈(Re) 수 계산
3. 실험

3.1 실험장치
3.2 실험 방법
* 주의사항

본문내용

외경 )
- 동심관 외관에 대한 상당 직경
- = 27.5mm = 0.0275m
- = 19mm = 0.019m
- 외관에 대한 상당직경
0.0085m
- 외관의 단면적
- 1기압, 20℃ 물에서 동점성계수
- 병행류 대향류 모두 저유량, 고유량의
레이놀즈 수는 같음
▣ 외관의 레이놀즈 수 계산
- 병행류/대향류 저유량 일 때,
∴ (층류)
- 병행류/대향류 저유량 일 때,
∴ (층류)
- 병행류/대향류 고유량 일 때,
∴ (층류)
- 병행류/대향류 고유량 일 때,
∴ (천이영역)
▣ 레이놀즈 수에 따라 관내의 유동을 다음과 같이 층류와 난류, 그리고 천이 영역으로 나눈다.
- 층류 :
- 천이영역 :
- 난류 :
2) 4가지 경우의 총괄 열전달 계수와 열전달 효율을 구하라.
-
▣ 관련이론
□ 열전달율 계산
고온 유체에서 방출한 열전달율
저온 유체에서 흡입한 열전달율
이들은 관 사이의 열손실을 무시하면
에너지 평형에 의하여 같은 값을 보여야 하나,
실험오차 등에 의하여 차이가 있을 수 있으므로
대표 열전달율 는 이들의 산술 평균
:고온 유체(물)에서 방출된 열량
: 저온 유체(물)로 유입된 열량
: 고온 유체(물)의 질량 유량 (
: 저온 유체(물)의 질량 유량 (
: 고온 유체(물)의 체적 유량
: 저온 유체(물)의 체적 유량
: 고온 유체의 밀도
: 저온 유체의 밀도
: 고온 유체(물)의 비열
: 저온 유체(물)의 비열
: 고온유체(물)의
위치 1과 2의 온도
: 저온유체(물)의
위치 1과 2의 온도
□ 총괄 열전달 계수
총괄 열전달 계수 가 사용
: 열교환 면적
: 로그 평균 온도차
: 위치 1에서 고온유체와
저온유체의 온도차
: 위치 2에서 고온유체와
저온유체의 온도차
총괄 열전달계수는 면적에 따라 달라지며
동관 외측 총괄 열전달 계수
동관 내측 총괄 열전달 계수 .
- : 동관 외측 면적
- : 동관 내측 면적
- :동관 외측 직경(m)
- :동관 내측 직경(m)
- : 동관 길이(m)
□ 효율 계산
열교환기의 효율
이러한 정의를 일반적인 열교환기에 적용
- 여기서, 최소 측이란
고온부와 저온부의 을 계산하였을 때
이 작은 측을 의미
- 이 효율은 수가 같거나 비슷한 상황에서
비교할 때 시스템의 열전달의 우열을 나타냄
- 밀도, 비열 동일
- 내측면적
- 외측면적
방향
유량
병행류
저유량
39.66
8.2
고유량
43.4
24.27
대향류
저유량
33.86
13.37
고유량
38.56
29.3
① 병행류 / 저유량
ⅰ) 고온 열전달율
-
-
ⅱ) 저온 열전달율
-
-
ⅲ) 대표 열전달율
-
ⅳ) 로그 평균 온도차
-
ⅴ) 내측 총괄 열전달 계수
-
ⅵ) 외측 총괄 열전달 계수
-
ⅶ) 효율
-
② 병행류 / 고유량
ⅰ) 고온 열전달율
-
-
ⅱ) 저온 열전달율
-
-
ⅲ) 대표 열전달율
-
ⅳ) 로그 평균 온도차
-
ⅴ) 내측 총괄 열전달 계수
-
ⅵ) 외측 총괄 열전달 계수
-
ⅶ) 효율
-
③ 대향류 / 저유량
ⅰ) 고온 열전달율
-
-
ⅱ) 저온 열전달율
-
-
ⅲ) 대표 열전달율
-
ⅳ) 로그 평균 온도차
-
ⅴ) 내측 총괄 열전달 계수
-
ⅵ) 외측 총괄 열전달 계수
-
ⅶ) 효율
-
④ 대향류 / 고유량
ⅰ) 고온 열전달율
-
-
ⅱ) 저온 열전달율
-
-
ⅲ) 대표 열전달율
-
ⅳ) 로그 평균 온도차
-
ⅴ) 내측 총괄 열전달 계수
-
ⅵ) 외측 총괄 열전달 계수
-
ⅶ) 효율
-
3) 1)과 2)의 결과를 이용하여 병행류의 경우에 대하여 Re 수에 따른 총괄 열전달 계수 , 대향류의 경우에 대하여 Re 수에 따른 총괄 열전달 계수를 하나의 그래프에 나타내고, 유동의 방향 (병행류와 대향류)과 속도, 즉 Re 수 (층류와 난류)가 총괄 열전달 계수에 미치는 영향에 대하여 논하라.
-
　
병행류
대향류
저유량(Re:227)
고유량(Re:759)
저유량(Re:1139)
고유량(Re:3037)
내측총괄 열전달계수
0.447
0.811
0.496
0.943
외측총괄 열전달계수
0.400
0.726
0.444
0.844
효율
0.659
0.342
0.678
0.342
위의 결과를 통해 총괄 열전달 계수는 유동방향, 레이놀즈 수에 따라 변화하는 것을 알 수 있다.
레이놀즈 수에서 보면 층류일 때 보다 난류일 때 열전달 계수가 크게 나왔다. 관의 치수가
같고 유량에 따라 Re수가 달라진다. 에서 유량이나 온도차가 클수록 열전달
계수는 커지는 것을 알 수 있다. 반면 효율은 Re수와 반비례 관계를 갖는데 이는
열 교환하는 시간이 적기 때문으로 보여 진다.
유동방향에서 보면 병행류일 때 보다 대향류일 때 열전달 계수가 크게 나왔다. 이는 유체의 방향이 반대로 흐를 때 열량이 더 많이 고온유체에서 저온유체로 전달된다는 결론을
얻을 수 있다.
4) 참고 문헌을 인용하여 본 실험과 유사한 조건에서의 열전달 계수를 찾아 실험값과 비교 검토하라.
-열전달 교제에 열교환기 해석 부분을 보면 총괄 열전달 계수의 대표적인 값들에 대해서
나와있다. 물-물은 U값이 850~1700 로 실험으로 얻은 총괄 열전달 계수
(400~950)값보다 큰 값을 갖고 있다. 이유는 참고문헌에서 얻은 U값은 유체의 불순물,
녹, 유체와 벽재료 사이의 점성에 의한 효과 등에 대한 저항을 무시한 상태이기 때문이다.
하지만 실제 실험 장치는 오랜 사용으로 인한 부식, 불순물등의 불결(fouling)로 인해
U값이 작아지게 되는 것이다.
5) 고찰
이번 실험은 우리 생활 주변에서 보일러 같이 고온의 물과 저온의 물 사이의 열교환을 이용하는 열기기장치에 대한 이해하는 계기가 되었다. 유동속도와 유동방향에 따라 열전달이 다를 것이라 짐작은 했지만 어느 것이 난방에 효과적인지를 알지는 못했는데, 이번 실험을 통해서 열전달에 미치는 영향들을 알게된 유익한 실험이 되었다.
실험장비의 노후화로 인해 난류영역까지 나오지 않고 천이영역이 나왔고, 유량을 제어하는 부분, 병행류, 대향류 조작에서 헷갈렸지만, 실험의 목적을 충분히 이해할 수 있는 실험이 되었다.

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열유체공학실험,   공학,   실험,   기계과,   기계,   역학,   응용,   전달,   유체