열교환기 예비 및 결과 레포트

소개글

열교환기 예비 및 결과 레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1) 열교환기란?

2) 열교환기의 분류와 특성

3) 평행류, 대향류, 직교류

4) 대수평균온도차(LMTD)법 & 유용도-NTU법

5) 실험 데이터 및 결과 그래프

6) 효율 계산

7) 고찰

본문내용

량을 얻기 위한 공정에서 많이 쓰인다.
바) 코일식 (Coil Type) 열교환기 : 탱크나 기타 용기내의 유체를 가열하기 위하여 용기
내에 전기 코일이나 스팀 라인을 넣어 감아둔 방식이다. 교반기를 사용하면 열전달
계수가 더욱 커지므로 큰 효과를 볼 수 있다.
3) 평행류, 대향류, 직교류
가) 평행류 (parallel - flow) : 외피(Shell)와튜브(Tube)로구성된열교환기로 저온유체
의 출구온도(Tc2)가고온유체의출구온도(Th2)보다항상낮거나같음
나) 대향류 : 저온유체의출구온도(Tc2)가고온유체의출구온도(Th2)보다높을수도있음
다) 직교류 (cross - flow) :
4) 대수평균온도차(LMTD)법 & 유용도-NTU법
가) Logarithmic Mean Temperature Difference법을 이용한 열교환기 해석
where,
heat transfer area measured from inlet,
mass flow rate of cold and hot fluids, respectively, kg/h
local temperature difference between hot and cold fluids, ℃
local overall heat transfer coefficient betweentwo fluids, ()
dA → 0 ∼ A 까지 적분
따라서, 이므로
로 정의된다.
이 공식은 평행류나 상반류에 적용할 수 있다. 단 상반류에서는와이 같은 경우
(예-동일유체가 shell side에 동일 유량으로 흐를 때)는 은 L'hopital 법칙에 의해
이 된다.
where : Total heat transfer area
Mean overall heat transfer coefficient
Logarithmic mean temperature difference
나) 열 교환기의 -NTU법(NTU : Number of Transfer Unit)
열교환기 해석에서 기존(설계완료된) 교환기의 성능평가와 설계(sizing)은 주요한 두
가지 문제이다. 성능평가에서는(크기와 유체통로등이 이미 정해진 문제) 열전달율, 유
체의 출구온도, 압력강하를 계산하는 것이 문제이며, 크기 결정 문제에 있어서는 열전
달과 압력강하를 만족시키는 제원을 만족시키는 문제이다. 만약 압력강하 조건이 없다
면 성능평가는 총 열전달율을 만족하는 총 열전달 면적을 결정하는 것이 된다. 어떤 경
우 고온 및 저온 유체의 입구온도와 유량만이 주어지면 열전달 계수는 계산이 가능하
다. 이 경우 출구온도가 없으므로 을 구할 수 없고 따라서 와 에너지 Balance
를 사용한 반복계산에 의해 결정된다. 따라서 너무 시간 소모가 많다. 이를 해소하기
위해 - NTU법이 도입되었다.
여기서 , 이다.
따라서 를 구하면 된다.
- NTU 관계식
NTU ≡
를 N과 C의 함수로 열교환기 형태에 따라 표에서 찾아쓴다.
- 성능 평가 문제 -
Given : : 교환기의 형식과 유동 형상.
Goal :
Procedure : ① 을 계산.
② N과 C로부터 형태와 유동 형상에 따라 를 구함.
③로 부터 를 계산.
④ 를 구함.
- 크기 선정 문제 -
Given : 출구와 입구 온도, 유량, 열전달 계수, 총열전달율, 유동 형상.
Goal : A를 구함.
Procedure : ① 출구와 입구 온도로부터
② 를 계산.
③ 와 C로부터 - NTU 선도로부터 NTU를 구함.
④ 으로부터 A를 구한다.
1. =20g/s, =20g/s
1) 실험 데이터 및 결과 그래프
51.3
43.5
14.2
22.1
47.5
19.2
2) 효율 계산
=0.02kg/s*4180J/kg℃*(51.3-43.5)℃=652W
=0.02kg/s*4180J/kg℃*(21.1-14.2)℃=577W
=0.115 ∴ 11.5%
2. =30g/s, =20g/s
1) 실험 데이터 및 결과 그래프
51.3
45.2
14.3
23
48.1
19.9
2) 효율 계산
=0.03kg/s*4180J/kg℃*(51.3-45.2)℃=765W
=0.02kg/s*4180J/kg℃*(23-14.3)℃=727W
=0.05 ∴ 5%
3. =40g/s, =20g/s
1) 실험 데이터 및 결과 그래프
51.9
47
14.3
24
49.3
20.3
2) 효율 계산
=0.04kg/s*4180J/kg℃*(51.9-47)℃=819W
=0.02kg/s*4180J/kg℃*(24-14.3)℃=811W
=0.01 ∴ 1%
4. =20g/s, =20g/s
1) 실험 데이터 및 결과 그래프
51.9
43.4
14.1
21.5
47.7
18.2
2) 효율 계산
=0.02kg/s*4180J/kg℃*(51.9-43.4)℃=719W
=0.02kg/s*4180J/kg℃*(21.5-14.1)℃=619W
=0.14 ∴ 14%
5. =30g/s, =20g/s
1) 실험 데이터 및 결과 그래프
52.1
45.5
13.9
22.5
49
18.8
2) 효율 계산
=0.03kg/s*4180J/kg℃*(52.1-45.5)℃=828W
=0.02kg/s*4180J/kg℃*(22.5-13.9)℃=719W
=0.13 ∴ 13%
6. =30g/s, =20g/s
1) 실험 데이터 및 결과 그래프
52.1
46.8
13.7
23.3
49.5
19.2
2) 효율 계산
=0.04kg/s*4180J/kg℃*(52.1-46.8)℃=886W
=0.02kg/s*4180J/kg℃*(23.3-13.7)℃=803W
=0.09 ∴ 9%
참고 ( : 뜨거운 유체 입구, : 뜨거운 유체 출구
: 차가운 유체 입구, : 차가운 유체 출구
: 뜨거운 유체 중간, : 차가운 유체 중간 )
7. 고찰
이번 실험을 통해 열전달 책을 통해 이론으로만 배웠던 열교환기에 대해서 실제로 보고 실험을 해 볼 수 있어서 좋은 경험이 되었다. 평행류와 대향류의 차이점에 대해서도 알게 되었고 열교환기를 실제로 보면서 운용하는 방법이나 외부에 있는 각 부분의 기능도 알게 되었다.
또한 이론식이 아닌 실험을 통해 열교환기의 열전달률과 열교환기의 효율에 대해 직접 구해보면서 이론으로만 배웠던 것보다 이해도 더욱 쉬웠고 재미도 있고 있었던 유익한 실험이었다.

키워드

열교환기,   분류,   틀성,   평행류,   대향류,   직교류,   대수평균온도차,   유용도-NTU