대수평균 온도차를 이용한 이중관 열교환기

소개글

대수평균 온도차를 이용한 이중관 열교환기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험이론
3. 실험기기
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 고찰
7. 참고문헌

본문내용

>
6. 토의 사항
이번 실험에서 이중관 열교환기가 유동방향에 따라 다른 특징을 보였다. 실험 시 출력열량이 입력 열량보다 더 크게 나오는 불가능한 결과가 나왔는데 그 이유로 첫째로 설정온도가 표시될 때 소수점이 나오지 않았기에 실제로는 0.5℃ 정도의 오차를 가지고 있었다는 것이다. 그리하여 적용한 밀도와 비열의 값 등이 정확하지 않았다는 것이다. 또한 각 부분의 온도를 측정하는 열전대에는 자체에 약 ± 0.2℃ 의 오차가 있으므로 모두 4곳에서 측정하니까 최대로 약1℃의 측정 온도의 오차가 발생하는 것이다. 입력열량과 출력열량 계산 시 사용되는 온도차는 4~6 ℃ 인데 이중 1℃의 오차는 계산 값에 크게 영향을 줄 수 있는 것이다. 또한 물은 온도에 따라 밀도가 달라지지만 장치되어져 있는 유량계는 온도에 따른 유량 변화를 고려하지 않은 것이기 때문에 정확한 유량을 공급했다고 할 수 없는 것이다. 이와 같은 오차로 인하여 실제와는 다른 값들이 계산되어 진 것이다.
병류일 때는 이론상으로도 에너지 손실이 크기 때문에 오차가 발생하여도 출력열량이 입력열량을 넘지 못하지만 향류일 때는 에너지 손실이 상대적으로 작기 때문에 출력열량이 입력열량보다 더 크게 나오는 현상이 종종 등장 하였다.
(1) 병류 열교환기와 향류 열교환기의 열교환 특성을 비교 설명하여라.
병류 열교환기는 온수의 유동 방향과 냉수의 유동 방향이 같은 열교환 방법이고 향류 열교환기는 온수의 유동방향과 냉수의 유동방향이 서로 반대 방향인 열교환 방법이다.
병류유동의 경우 입구의 온도차 은 상당히 크나, 출구의 온도차는 상당히 좁아지며, 전열과정이 길면 본질적으로 두 유체의 출구온도는 같아진다. 그러나 향류의 경우 전열과정의 길이에 상관없이 두 종점의 온도는 같아지지 않는다. 실험결과에서와 같이 냉수는 향류의 경우가 병류일 때보다 출구온도가 높다. 즉 전열효율은 향류인 때가 병류일 때 보다 크다. 그러나 전열 속도는 병류의 경우가 상당히 크며 향류의 경우 상당히 완만하므로 급속한 전열을 바랄 때는 병류, 높은 전열효율을 바랄 때는 향류를 사용하는 것이 좋다. 실제로는 경제성을 고려하여 향류를 주로 사용한다고 한다.
(2) 온수가 잃은 열량과 냉수가 얻은 열량의 차이를 줄이기 위한 방법을 논하여라.
- 병류에서의 열손실을 평균내어 보면 0.102W이고, 향류에서의 열손실의 평균은 0.187W이다. 열역학 2법칙에 의하면 고온에서 저온으로 가면서 열손실이 일어나는데, 병류에서 열손실이 -가 되는 부분(열이 새로 생기는)이 존재 하였다. 이는 정적 상태에 도달하기 전에 너무 빠른 측정을 하여 발생하였을 수도 있고, 단열이 잘 안 되어서 외부의 열이 들어왔을 가능성도 있다.
- 유량차가 적을수록 에너지 손실이 적고 유용도가 병류일 때보다 향류일 때가 더 크므로 이론적으로는 에너지 손실이 병류일 때보다 더 적다. 그러므로 온수가 잃은 열량과 냉수가 얻은 열량의 차이를 줄이기 위해서는 향류유동 열교환기를 사용하여 온수와 냉수의 유량을 거의 같게 하여 열교환을 수행하면 된다.
- 온수가 잃은 열량과 냉수가 얻은 열량의 차이를 줄이기 위해서는 우선적으로 단열이 잘 되어야 한다. 외부와의 열교환이 0에 가까워질수록 온수가 잃은 열량과 냉수가 얻은 열량과의 차이가 줄어들 것이다.
(3) 본 실험으로부터 발견한 제반사항에 대하여 논하여라.
위 실험을 통하여 온수와 냉수의 온도차가 클수록 같은 유량에서의 입, 출력 열량이 증가하며 유용도와 대수평균 온도차도 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 향류유동일 때가 병류유동일 때보다 같은 온도, 유량에서의 유용도가 더 높고 에너지 손실이 적으며 병류유동일 때보다 같은 온도, 유량에서의 대수평균 온도차 값이 더 큰 것을 알 수 있다.
총합 열전달 계수 U의 경우 출력열량에 비례하고 대수평균 온도차 값에 반비례 하며 출력열량과 유용도는 온수와 냉수의 유량차에 따라 달라지는데, 특히 온수가 냉수에 비해 많을 때가 냉수가 온수에 비해 많을 때보다 더 증가 한다.
온수의 온도를 낮추는 것이 목적인 열교환기는 냉수의 양을 온수의 양보다 늘리는 것이 좋고 냉수의 온도를 올리는 것이 목적인 것은 온수의 양을 늘리는 것이 좋다.
실험 시 약간 터무니 없는 오차가 발생하였는데. 이는 온도를 소수점 아래 1자리까지 표시할 수 있는 전자 온도계와 자체의 저항이 거의 없는 열전대, 온도에 따른 밀도의 변화를 고려한 유량계와 배관 전체를 단열재로 둘러싸서 공기로의 열손실을 없게 하면 줄일 수 있다.

키워드

대수평균온도차,   LMTD,   이중관,   열교환기,   열전달