이중관 열교환기 특성실험

소개글

이중관 열교환기 특성실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험이론

4. 실험기구

5. 실험방법

6. 실험결과 및 토의

본문내용

24.495
28.373
1065.369
P - 2 - 2 - 3
2490.745
2227.104
263.641
25.806
28.716
1157.554
C - 1 - 1 - 1
1238.425
1155.310
83.115
27.618
20.550
839.078
C - 1 - 1 - 2
1362.267
1252.746
109.521
30.146
21.269
879.124
C - 1 - 1 - 3
1458.589
1336.262
122.327
32.156
21.592
923.669
C - 1 - 2 - 1
1651.233
1350.182
301.051
32.119
20.406
987.555
C - 1 - 2 - 2
1827.364
1545.053
282.311
24.503
21.399
1077.665
C - 1 - 2 - 3
1959.463
1698.167
261.296
25.540
21.848
1160.070
C - 2 - 1 - 1
1652.303
1587.571
64.732
28.916
26.431
896.476
C - 2 - 1 - 2
1829.824
1775.573
54.251
32.179
27.723
955.920
C - 2 - 1 - 3
1925.411
1893.944
31.467
34.496
28.169
1003.491
C - 2 - 2 - 1
2163.015
1907.870
255.145
34.181
26.576
1071.477
C - 2 - 2 - 2
2403.350
2193.354
209.996
26.003
28.302
1156.696
C - 2 - 2 - 3
2599.988
2367.430
232.558
26.883
28.597
1235.591
(2) 토의사항
1) 병류 열교환기와 향류 열교환기의 열교환 특성을 비교 설명하시오.
병류 열교환기와 향류 열교환기의 의미를 먼저 알아보면 병류 열교환기는 고온의 유체와 저온의 유체가 같은 방향으로 이중관을 흐르는 것을 말하며, 향류 열교환기는 고온의 유체와 저온의 유체가 서로 반대되는 방향으로 이중관을 흐르는 것을 말한다.
그래프를 봤을 때, 병류 열교환기 같은 경우 같은 방향으로 흐르므로 처음에는 온도 차이가 많이 나지만 관의 길이에 따라 고온의 유체와 저온의 유체의 열교환이 활발히 일어나면서 온도차가 점점 줄어드는 것을 볼 수 있다. 그러므로 병류 열교환기의 경우는 열교환기 전체에 열전달 효율이 좋으며 열전달 속도가 빠르다. 반면, 향류 열교환기의 경우는 고온의 유체 입구 온도와 저온의 유체 출구 온도, 저온의 유체 입구 온도와 고온의 유체 출구 온도를 비교해 봤을 때, 온도의 차이는 큰 변화가 없는 것을 볼 수 있다. 향류 열교환기는 실험 데이터에서 얻는 값으로 보았을 때, 병류 열교환기보다 향류 열교환기가 총열전달 효율이 전반적으로 높음을 알 수 있으므로 공업적인 면에서는 향류 열교환기가 자주 이용된다.
2) 온수가 잃은 열량과 냉수가 얻은 열량의 차이를 줄이기 위한 방법을 고찰하시오.
온수가 잃은 열량과 냉수가 얻은 열량의 차이는 일에 효과적으로 쓰이지 못하고 손실된 에너지를 말한다. 이 값은 식에서 실제 열효율과 관계가 있으며 이 값이 클수록 열교환기의 유용도는 높아지며 이는 손실된 에너지가 작음을 뜻한다. 실제로 이상적인 열효율기관은 에너지 손실이 0인 기관이지만 현실적으로 그러한 기계를 만들 수 없으므로 에너지의 손실을 줄일 수 있는 차원으로 생각하여야 한다. 이때 실제 실험에서 오차로 인해 생긴 에너지의 손실과 장치상의 문제로 생긴 에너지 손실에 대해서 생각해 볼 수 있겠다.
실험상의 오차로 인해 생긴 에너지의 손실은 첫째, 유량 변화에 따른 온도 변화 측정 시, 온도가 50도에서 51도로 변화하여 이때 유량 밸브를 닫았다가 다시 열어 측정하여 일관적인 실험을 유지하지 못하였다는 점. 둘째, 정상상태를 읽어줄 때에 0.1~0.3정도의 오차가 생겼으므로 값을 정하는 과정 등에 있어 실험자 측정의 오차가 생길 수 있었다는 점, 셋째, 유량 변화를 잴 시에 정확한 유량과 온도 상관관계를 측정할 수 있었던 것이 아니라, 유량이 계속적으로 조금씩 변화하였으므로 실험자가 유량을 정확히 맞춰 주지 못함으로써 그 상관관계에 있어 오차가 발생하였을 것이라는 점 등이 있다.
이러한 오차를 줄여 에너지 손실을 최소화하기 위해서는 반복적인 실험과 집중할 수 있는 환경의 개선이 중요하며 뒤에서 말할 장치의 정확성도 필요하겠다.
장치상의 문제로 인해 생긴 에너지의 손실을 줄이기 위해서는 실제 열효율을 높여야하므로 전도성이 좋아 열교환율이 높은 이중관을 사용하는 것이 좋다. 또한 비열이 낮아 열교환이 빨리 일어날 수 있도록 하는 것이 좋다. 또 다른 방법으로는 이중관의 접촉하는 면적을 넓혀주어 열교환이 많이 일어날 수 있도록 함으로써 실제 열효율을 높여줄 수 있다.
실험에서 병류 50도에서 유량 3.2, 2일 때 에너지 손실과 향류 50도에서 3.2, 2일 때 유용도가 140정도의 값을 나타내는데, 이때의 오차는 냉수의 유량이 적어서 온수의 열량을 냉수가 많이 흡수하므로 이러한 결과가 생긴 것으로 추측된다.
3) 본 실험으로부터 발견한 제반사항에 대하여 설명하시오.
이 실험의 목적은 대수평균 온도차(Log Mean Temperature Difference : LMTD)법의 기본 개념을 이해하고 이 방법을 적용하여 이중관 열교환기 특성실험을 수행함으로써 이중관 열교환기 설계와 작동에 대한 기본 능력을 습득하는 것이다.
실험 시 생긴 오차에 대해서 알아보면 첫째, 온도측정의 오차를 들 수 있다. 정상상태를 가정한 상태에서 온도를 측정하였지만 온도의 수치가 계속 바뀌었다. 둘째, 온수의 온도가 설정해놓은 40도, 50도에서 그치지 않고 41도, 51도로 올라가는 문제를 일으켜서 오차가 생겼을 가능성이 있다. 셋째, 유량측정의 오차를 들 수 있다. 유량계를 통하여 유량을 조절할 때, 실험자에 따라 측정에 조금씩의 오차를 발생시켰을 가능성이 있다. 또한, 유량이 계속 바뀌는데 이는 수돗물 유량이 일정하게 유지되지 않고 계속 미세한 변동을 일으켰기 때문이라고 생각한다. 이로 인해 실험에 오차가 생겼을 거라 생각한다.

키워드

기계,   계측,   공학,   실험,   이중관,   열교환기