공기 물대류열전달-열유체공학실험

소개글

공기 물대류열전달-열유체공학실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 개요 및 목적
2. 이론
2.1 열전달율 계산
2.2 총괄 열전달 계수
2.3 유체의 온도
2.4 대류 열전달 계수 계산
3. 실험
3.1 실험장치
3.2 실험 방법
4. 실험데이터
5. 보고서

본문내용

.4
65.6
65.7
65.6
저온
유체
(공기)
오리피스 차압(mmH2O)
120
위치1 온도
27.9
27.9
27.9
27.9
27.5
27.6
27.6
27.6
위치6 온도
43.3
43.3
43.3
43.3
43.7
43.8
43.9
43.8
측정
거리
0
mm
위치2 온도
34
34
34
34
34
34
34
34
위치3 온도
35
35
35
35
35
35
35
35
위치4 온도
36
36
36
36
37
37
37
37
위치5 온도
37
37
37
37
38
38
38
38
5
mm
위치2 온도
33
33
33
33
33
33
33
33
위치3 온도
33
33
33
33
34
34
34
34
위치4 온도
34
34
34
34
35
35
35
35
위치5 온도
36
36
36
36
36
36
36
36
10
mm
위치2 온도
33
33
33
33
33
33
33
33
위치3 온도
33
33
33
33
33
33
33
33
위치4 온도
34
34
34
34
34
34
34
34
위치5 온도
35
35
35
35
35
35
35
35
5. 보고서
1) 동심관 외관은 아크릴로 제작되었으며 내경은 50, 외경은 60이고 내관은 동으로 제작되었으며 내경은 26, 외경은 30이다. 길이는 외관과 내관 같이 1000이다. 그리고 오리피스 유량계의 오리피스 직경은 38.25이고 외관의 직경은 54이다. 유동 방향과 유량을 바꾸어 수행한 4가지 경우에 대하여 공기층의 온도 분포를 그래프로 나타내어라.
2) 위의 4가지 경우에 대한 대류 열전달 계수와 총괄 열전달 계수를 계산하라.
Re 수
1. 유량 100L/hr일 때(방향과 무관, 평균 온도 60℃)
2. 유량 300L/hr일 때(방향과 무관, 평균 온도 65℃)
3. 공기(평균 온도 35℃)
Re 수
4. 레이놀즈수를 구하기 위한 상당직경
Nu 수
1. 유량 100L/hr 일 때(유동이 층류라고 가정)
∴ Nu=4.36
2. 유량 300L/hr 일 때(유동이 난류라고 가정)
3. 공기 일 때
대류
열전달계수
1. 유량 100L/hr 일 때(유동이 층류라고 가정)
300K에서의 구리의 열전도율 k=401W/mK
2. 유량 300L/hr 일 때(유동이 난류라고 가정)
3. 공기 일 때
총괄
열전달계수
1. 유량 100L/hr 일 때
2. 유량 300L/hr 일 때
3. 물 유량 100L/hr 일 때 공기
4. 물 유량 300L/hr 일 때 공기
3) 고온수의 레이놀즈수를 가로축으로 하여 2)의 결과를 그래프에 나타내고 유동의 방향과 속도가 이들에 미치는 영향에 대하여 논하라.
구 분
레이놀즈 수
대류열전달계수
내측 총괄 열전달 계수
외측 총괄 열전달 계수
병행류저유량
2,871
67,245
49,977
43,314
병행류고유량
9,251
791,667
156,221
135,392
대향류저유량
2,871
67,245
49,977
43,314
대향류고유량
9,251
791,667
156,221
135,392
대류열전달 계수는 유동의 방향에는 영향을 주지 않지만, 유량이 많을수록 레이놀즈수가 커져 대류열전달계수도 커짐을 볼 수 있다.
4) 위의 4가지 경우에 대하여 시스템의 열전달율을 구하라.
4-1) 총괄 열전달 계수와 로그 평균 온도를 이용하여 식 (11.16)으로부터 계산하라.
병행류
100L/hr
: 위치1에서 고온유체와 저온유체의 온도차
: 위치6에서 고온유체와 저온유체의 온도차
,
,
병행류
300L/hr
위와 같은 계산식 사용
, ,
,
,
대향류
100L/hr
위와 같은 계산식 사용
, ,
,
,
대향류
300L/hr
위와 같은 계산식 사용
, ,
,
,
4-2) 위치 1과 6의 온도, 유량 등 실험에서 직접 측정한 값을 이용하여 식 (11.1)과 (11.2)로부터 계산하라.
병행류
100L/hr
물 평균온도 60℃ : ,
공기 평균온도 25℃ : ,
병행류
300L/hr
위와 계산식 동일
물 평균온도 65℃ : ,
공기 평균온도 35℃ : ,
,
대향류
100L/hr
위와 계산식 동일
물 평균온도 60℃ : ,
공기 평균온도 35℃ : ,
,
대향류
300L/hr
위와 계산식 동일
물 평균온도 65℃ : ,
공기 평균온도 35℃ : ,
,
4-3) 이들을 비교 검토하라.
위의 값들을 살펴보면 전혀 다른 값이 나오는 것을 볼 수 있다. 문제에서 동관 및 아크릴 관의 정확한 열전도율 값이 나오지 않아 인터넷을 이용하여 값을 구하였고, 물, 공기의 점성계수 역시 서적을 통해 보간법을 이용하여 구하게 되었는데, 이러한 이유로 대류열전달계수, 총괄열전달 계수가 정확히 나오지 않았다고 생각된다.
5) 참고 문헌을 조사하여 본 실험 결과와 비교 분석하라.
실험값과 큰차이를 보이는데 이는 표에 있는 결과와 같은 조건(유동속도, 온도 등)이 아니어서 생긴 차이라고 생각된다.
6) 고찰
이번 실험을 통하여 생활 주변에서 사용하는 보일러 등 고온의 물과 저온의 공기 또는 역으로 고온의 공기와 저온의 물 사이의 열교환을 이용하는 열기기 장치를 많이 사용하고 있다는 것을 알았다. 또한 대류에 의한 열전달 현상을 이용한다는것을 알수있었다. 또한 열전달량, 총괄 열전달 계수, 대류 열전달 계수 등을 측정하므로 이들이 열전달에 미치는 영향을 파악 할수 있었고, 공기 유동층에서의 온도 구배를 측정하여 내부 온도 변화를 알수 있었다.
이번실험에서 공기-물 대류 열전달 실험에서는 오차가 크게 발생했는데, 가장 큰 이유는 정확한 데이터 값(동관 및 아크릴 관의 정확한 열전도율 값, 물, 공기의 점성 계수 등)을 몰랐기 때문이라 생각한다. 인터넷을 통해 구한 열전도율 값 K를 알기 위해 힘들었고, 실제 계산이 정확한지도 의심이 들었다. 실험 진행에 있어서도 실험장비의 노후로 인한 오차의 원인도 있다. 실험을 진행할 때 충분히 기다리지 않은 점, 위치2~5를 측정하는 공기온도 측정하는 디지털기계에서 온도도 소수점으로 나오지 않은 점 등 오차가 발생한 것 같다. 총괄 열전달 계수는 저유량일 경우 병행류에서 값이 큰 것을 볼 수 있지만, 고유량이 되면 대향류에서 값이 더 커지는 것을 알 수 있었다.

키워드

열유체공학실험,   공학,   실험,   기계과,   기계,   역학,   응용열유체공학실험,