비등액체 열전달 실험

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비등액체 열전달 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

정확도가 떨어지므로 임계열유속 예측의 최적의 방법이라 할 수 없다. 또한 기존의 임계열유속표(Groeneveld et al., Kirillov)는 균일한 열유속을 갖는 경우의 데이터를 사용하였기 때문에 불균일한 열유속이나 기하학적인 유로의 형태에 적용하기가 힘들다. 예를 들어 복잡한 유로에 대한 임계열유속 예측에는 비교적 잘 개발된 원형관 예측 방법이 활용되어 왔다(압력, 질량 유속, 건도 등이 임계열유속에 미치는 영향은 유로 형태에 관계없이 균일한 열유속을 갖는 수직 원형관에서의 임계열유속 예측 모델에서 보정 인자들을 사용하였다). 또한 데이터베이스의 변수 범위를 넓히기 위한 실험은 고비용과 많은 시간이 필요하므로 활용 목적이 구체화되지 않을 경우 실험을 수행하기 어렵다.
1) 이론적인 방법?
이론적인 방법은 임계열유속의 물리적인 현상의 해석을 규명하고자 하며 최근에 비교적 활발하게 연구가 진행되고 있으나 이상 유동 현상에 대한 전반적인 이해가 불완전하므로 지금까지의 이론적인 연구는 현상학적 모델과 실험적인 변수들을 결합한 semi-empirical 형태를 취하고 있다. 이 때문에 많은 변수들을 포함하고 있어 대체적으로 복잡하며 사용이 불편하고 정확도가 실험적인 변수들의 정확도에 의존하는 경우가 대부분이다.
2) 실험상관식?
상관식을 사용하여 임계열유속을 예측하는 방법은 개발 당시 실험에 사용한 범위 내에서는 비교적 만족스러운 예측 결과를 보여주므로 원자로, 증기 보일러 등 열전달 기기의 설계에 널리 응용되고 있다. 그러나 개발 당시의 실험 범위를 넘어서서 이러한 상관식을 사용하여 임계열유속을 예측하면 오차가 크게 발생하는 단점이 있다. 따라서 하나의 상관식을 가지고 전 유동 범위에서 임계열유속을 예측할 수 있다면 이론적 모델이나 임계열유속표가 가지는 단점을 극복 할 수 있을 것이다
3) Conclusion
위와 같은 여러 가지 방법으로 임계열유속을 예측하고 있으나 아직까지 전 유동 범위에서 임계열유속을 정확하게 예측할 수 있는 방법이 없어 제한된 범위에서 개발된 예측 방법을 사용하고 있다. 많은 연구자들이 개발된 임계열유속 예측 방법의 적용 범위를 넓히기 위한 많은 노력을 하고 있으며, 그 과정에서 잘 개발된 데이터 베이스의 필요성을 느끼고 있다. 즉, 최적의 예측 방법을 제시하기 위해서는 다양한 스케일의 실험 장치에서 수행된 실험으로부터 얻어지는 실험 데이터 및 관련 자료가 확보되어야 하며, 이러한 요구 조건을 만족하기 위해서는 적절한 실험 데이터 및 관련 정보를 체계적으로 포괄하는 실험 데이터 베이스가 구축되어야 한다. 데이터베이스는 실험데이터 자체뿐만 아니라 실험 데이터가 생산된 실험 장치 및 수행 실험에 대한 정보를 제공함으로서 적용 가능한 실험을 찾아 낼 수 있게 하는 기능을 제공해야 한다. 이를 위해서는 실험 데이터 이외에도 실험의 특성을 나타내는 데이터베이스 및 데이터베이스 운영체제가 필요하다.
4) 연구 목표는
본 연구는 세계 여러 곳에 퍼져 있는, 물을 냉매로 하는 균일가열 수직 원형관의 임계열유속 실험 데이터를 중심으로 불균일 열유속, 물 이외의 다른 유체, rod bundle 등의 실험 데이터를 수집, 사용자가 쉽게 사용할 수 있는 인터넷 기반의 윈도우용 데이터베이스 프로그램을 개발하고 인터넷 홈페이지를 운영하여 열전달 기기를 디자인하고 생산하며 연구하는 산업체·학교·연구소등에 설계 기준의 정보를 제공하고, 특히 연구 기반이 취약한 중소 기업을 위해서 안전운행과 에너지의 효율적 사용을 위한 열전달 기기의 운영 기준을 제시하는데 도움을 주고자 한다.
♣풀 비등 열전달 계수(Pool Boiling Heat transfer Coefficients)
: 산업체의 빌딩이나 대형공조기에 사용되는 만액식 증발기(flooded evaporator) 에 사용되는 평관, 낮은 핀관, 촉진관에 대해서 CFC 냉매와 CFC 대체냉매를 포함한 여러 가지 냉매를 사용하여 비등 열전달 계수를 측정 및 성능 증대를 관찰하고 열 교환기 등의 효율적 설계를 위한 상관식 개발에 기여하는 것이다.
1)실험방법
＊ 유체(물)를 열원으로 사용
항온조(Water bath)에서 온도가 상승된 물은 펌프와 필터를 지나 정밀도 ±0.2%정도인 질량유량계(Micro-Motion)를 거쳐 증발용기 내에서 냉매 Pool로 열을 잃게 되고 다시 항온조로 흘러들어 가는 순환경로를 취한다.
* 전기적 열원(Cartridge Heater) 사용
전기적 열원의 경우 Cartridge Heater 에 Slidac Power Supply를 통해 일정한 열유속(Heat flux)을 공급하여 실험한다.
2) 냉매
증발용기(Refrigerant Pool) 내에서 증발관의 열원으로 인해서 증발한 기체냉매는 응축기로 흐르게 되고 응축기 내에 있는 열교환기를 통하여 액체냉매로 응축되어 다시 증발용기로 순환되도록 한다.
실험은 열유속(Heat flux)을 100Kw/m2∼10Kw/m2 까지 감소시키면서 실시된다.
유체(물)를 열원으로 사용하는 경우는 증발관 내를 흐르는 물의 입출구 온도차를 정밀도가 우수한 RTD로 측정하여 Heat flux를 측정하였고, 전기적 열원(Cartridge heater)을 사용하는 경우는 Watt Meter를 이용하여 Heat flux를 측정하였다.
증발용기 및 증발관 내에 Thermo-Couple을 설치하여 액체/기체 냉매의 온도와 증발관표면의 온도를 측정하였고 이를 이용하여 비등에 따른 벽면과 열도를 계산하여 최종적으로 열전달계수(W/m2K)를 측정하였다.
Data 처리는 HP3852 Data Logger를 통해 종합적으로 처리되어 Computer에 저장된다.
6. 참고문헌
http://multiphase.kaist.ac.kr/research_phase_flow_10.htm
http://user.dankook.ac.kr/~process/chf.htm
http://dragon.inha.ac.kr/~dsjung/pool.htm
Unit operation of chemical engineering 389-401page
6th MCCABE　SMITH HARRIOTT

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비등액체,   비등열전달,   핵비등,   강제대류비등