대류열전달

목차

1. 실험이론
1-1. 강제 대류
1-2. 자연 대류

2. 실험결과
2-1. Data sheet
2-2. 열량-온도차 그래프

3. 토의 및 고찰

본문내용

8
0.02849
18.71
1.98
1.0077
0.7003
2177.55
8.569
20.42
58.04
①
(특성길이=0.1m / 실린더의 직경=0.013m / 실린더의 길이=0.067m / 실린더의 개수=17)
②
③ 각 막온도에 해당하는 값들을 부록의 표를 참고하여 보간법을 이용하여 얻는다.
④ 각 막온도에 해당하는 무차원수 은 각 상태량을 대입하여 얻는다.
⑤ 각 막온도에 해당하는 무차원수 를 구한다.
여기서 는 다음과 같은 식으로 얻는다.
where
유동방향
⑥ 무차원수 Nu의 실험값은 을 이용하여 구한다.
⑦ 무차원수 Nu의 이론값은 을 이용하여 구한다.
staggered 형태의 관군에서의 C와 n값은 다음과 같이 구한다.
=>> C=0.576, n=0.556
=>> 관의 열개수가 10 이상의 경우이므로 수정계수 0.89를 도입
=>> C=0.51264, n=0.49484
=>>
2-2. 열량-온도차 그래프
3. 토의 및 고찰
우선 실험적으로 구한 무차원수 의 값과 이론적으로 구한 값 사이에 60%정도의 오차가 발생하였다. 오차가 발생한 원인에 대해 생각해 본다. 정확한 실험을 위해서는 환기되는 공기의 속도를 2m/s로 정확하게 유지시켜야 되며 각각의 온도에 대해서 정확히 정상 상태에 다다른 순간을 포착하여 입력되는 전력의 양을 측정해야 한다. 공기의 속도를 유지하는 것은 실험 조건상 어려운 일은 아니었지만 정상상태의 일정한 온도를 유지하도록 전력의 양을 조절하는 것은 쉬운 일이 아니었다. 수작업으로 전력의 양을 미세하게 조정하여 눈으로 해당 온도의 변화가 없는 것을 확인하는 것은 숙련이 필요했고 그만큼 오차 발생의 요인으로 주요했다. 또한, 전력을 나타내는 부분도 숫자가 ± 1W정도로 진동하는 것을 볼 수 있었는데, 이 또한 정확한 값을 얻을 수 없었다. 만약 센서를 이용하여 온도를 조절하고 디지털 데이터로 그 열량값을 받았다면 좀더 정확한 실험이 될 수 있었을 것이다.
정상상태라는 조건하에서 열전달이 오직 대류에 의해서만 일어난다고 가정했지만 실제로 실험장치가 단열이 완벽하게 되어 있지 않았으므로 표면을 통한 전도도 있었을 것이다. 결국 측정된 q값이 실제 평판을 통해 전달된 q값에 비해 크다는 것을 예상할 수 있다. 평판을 통해 전달된 열량은 측정되어진 열량의 일부분이고 열량은 평판이 아닌 실험장치 표면을 통해 주변으로 전도되었던지 복사에 의해서 외부로 방출 되었을 것이다.
의 실험값은 와 에 의해 지배된다. 는 단면적과 입력전력, 그리고 주변과의 온도차의 함수인데 입력전력은 평판의 온도가 안정화되는 정상상태까지 기다려서 측정을 해야 하는데, 실험 조건상 충분한 시간을 유지하지 못하고 측정을 하여 정확한 값이라 단정할 수 없다. 또한, 평판 모델의 치수를 구하는 과정에서 모델이 대칭구조로 정확하지 못했기 때문에 여러 곳의 치수를 측정하여 평균값을 사용하게 되었는데 이 부분에서도 오차가 발생할 수 있다. 또한 실험의 단순화를 위해 막온도를 사용하였는데 실제 공학계산에서 많이 사용되는 개념이지만 정확한 이론값과의 누적오차는 발생하기 마련이다.
의 이론값은 다음과 같은 식을 사용하여 관군 모델에 따른 C값과 n값을 선정하여 계산하였다. 이 과정에서 값과 값을 구해야 하는데 위에서 설명한 것처럼 모델의 비대칭으로 인해 정확한 대표값이 아닌 평균값을 사용하였다. 또한 테이블에서도 정확한 값을 찾지 못해 근사값을 사용하였다.
가해진 열량과 온도차의 그래프를 보면 열전달량이 온도차에 비례하는 것을 알 수 있다. 즉, 60% 정도의 큰 오차에도 불구하고 외부와의 온도차이의 크기에 따라서 열에너지의 크기가 선형적으로 변하는 것을 확인할 수 있었다.

키워드

기계,   실험,   강제 대류,   자연 대류,   열전달