단열화염온도 측정

본문내용

있다. 반면 높이가 40mm, 70mm에서 측정한 온도값들은 오히려 중심부에서 양끝으로 갈수록 높아지는 형상을 보였다. 단 높이 70mm, 수평거리 94mm 값에서 낮은 온도값을 보인 것은 실험 시 열전대에 화염이 충분히 닿지 못하여 화염의 화염이 열전대의 일부분만을 가열하여 제대로 된 실험값이 나오지 못한 결과라고 생각된다. 최고 온도는 높이 70mm, 수평거리 6mm에서 1435℃이다.
② 당량비 1.0
결과 : 당량비 0.8 의 경우와 달리 모든 높이에서 수평거리 중심에서 양끝으로 갈수록 온도가 높아짐을 보였다. 최고 온도는 높이 70mm, 수평거리 6mm에서 1270℃이다.
③ 당량비 1.6
결과 : 당량비 0.8 일 때와 비교하여 높이가 30mm 증가한 40mm에서 중심부로부터 양 끝으로 갈수록 온도가 낮아지는 형상을 보인다. 반면 나머지 두 높이에서는 이와는 반대로 수평거리 가운데서 오히려 낮은 온도형상을 보인다. 여기서도 높이 10mm, 수평거리 94mm에서 낮은 온도는 당량비 0.8에서의 경우와 마찬가지 이유로 열전대에 화염이 충분히 닿지 못하여 생긴 결과로 추측된다.
(4) 이론값과 실험값의 비교
당 량 비
0.8
1.0
1.6
이론값
1809.93
2121.4
1961.96
열전대
중앙부
열전대
1050
750
1066
열전대 오차
42%
64.6%
45.7%
열전대
최고온도
열전대
1435
1270
1180
열전대 오차
20.7%
40.1%
40%
(5) 실험값과 이론값 오차분석
먼저 화염의 중앙부에서의 측정값과 최고온도 모두 이론 화염온도보다 낮음을 알 수 있다. 이는 이론적으로 구한 단열화염온도는 외부로의 열전달이 완벽하게 차단된 환경에서 측정될 때 나올 수 있는 최대값 이므로, 이번 실험에서처럼 화염이 외부로 그대로 드러나 있는 경우 그 실험값은 당연히 이론값보다 낮을 수 밖에 없을 것이다. 하지만 위의 표를 보면 오차비율이 20%에서 최대 65%까지 크게 차이가 남을 알 수 있다. 이는 오차에 영향을 미치는 요소가 단열환경 뿐만 아니라 여러 가지가 있음을 시사 한다고 볼 수 있다.
우선 생각해 볼 수 있는 요소는 실험에 사용된 연료이다. 화염을 만들기 위해 사용한 연료는 LPG 로 그 성분은 과 을 포함한 공기 및 기타 탄소화합물로 이루어져 있다. 그 성분비를 감안하여 작성한 유량 환산표를 통해 본 실험에서는 연료를 을 주입하였다. 실험 방법을 포함한 결과값 계산에는 주입하는 연료의 유량이 으로 주어졌지만 이보다 을 더 주입한 것이다. 이는 실제 실험에 사용했던 LPG 연료의 성분이 환산표와 오차가 심해 연료를 좀 더 주입해 주어 그 오차를 보정하려고 한 것이었다. 그럼에도 불구하고 실험에서 측정한 온도는 이론값에 비해 최대 60%의 오차를 나타냈는데 이는 실제 주입된 연료에 포함된 프로판 및 프로필렌의 양이 이론보다 적었음을 나타낸다. 만일 유량 환산표를 실제 실험에 사용했던 LPG 연료로 작성했다면 좀 더 이론값에 근접할 수 있었을 것이라 생각된다.
위의 그래프를 보면 실험값과 이론값의 절대적 차이뿐만 아니라 실험에서 측정한 최고 온도의 그래프 개형도 이론값 형태와 차이를 보인다. 즉 당량비가 1이 아닌 0.8에서 최고값을 보이고 있는 것이다. 이 또한 앞에서 설명했던 연료와 관련지어 생각해 보았다. 실험에서 당량비를 조절할 때 주입하는 연료량은 고정 시키고 공기유량을 변화시켜 주었다. 이 과정에서 공기유량을 이론값보다 적게 주입해 주어 당량비 0.8 실험이 오히려 당량비 1.0에 근접한 결과치를 보여주고 당량비 1.0 과 1.6 실험 순으로 농후연소가 일어났을 가능성이 있다. 이 외에도 온도를 측정할 때 열전대의 온도 표시계에 전산수치로 표시되는 온도값이 고정되지 않고 최대 300~400℃의 범위에서 유동적으로 움직였다. 실험에서 기록한 온도값은 이 값들 중에서 대략적인 평균치를 구한 것이라 그 이론값과 오차가 크게 나왔을 것이라 생각된다.
실험값과 이론값 비교 이외에도 온도측정위치에 따른 실험값들의 분포를 살펴보면 당량비별로 불일치하는 온도 그래프 형상을 보여준다. 이는 스릿 버너 분출구에서 연료공기 혼합기의 불균일한 배출에 의한 영향도 있지만 이보다는 온도표시계의 유동적인 결과값에 의한 실험값 측정의 오류가 더 큰 원인이라 생각된다.
3. W=50mm, H=40mm에서 당량비를 변화시켜가면서 온도를 측정한다.
당 량 비
(Φ)
0.8
-
1.0
-
1.6
공연비
(A/F)
29.4
-
23.8
-
11.3
열전대
측정 온도
(℃)
1050
-
750
-
1066
※ 1조의 실험에서 광고온계는 한 점에서의 온도측정에 사용하여 열전대와의 온도차를 보는 것에만 사용하였습니다. 다음 페이지에 그 결과를 첨부하였습니다.
※ 광고온계와 열전대의 측정 차이 값 계산(당량비 1, 수평거리는 6mm로 고정)
10(mm)
40(mm)
70(mm)
열전대
측정 온도
(℃)
1044
1199
1270
광고온계
측정 온도
(℃)
1050
1100
1160
오차
0.0057
0.09
0.095
4. 공연비가 29.4, 23.8, 11.3의 각각의 경우에 대하여 화염 모양을 비교하여라.
공연비 29.4
화염의 특징
당량비 0.8로 희박한 연소가 일어난다. 이상적인 연소 조건보다 많은 양의 공기로 인해서 온도가 낮고 화염의 전파속도에 비해 유동속도가 빨라 높은 높이의 화염을 생성한다. 실제로 이 상태에서 공기유량을 더 높인 경우에 화염형성이 점점 버너위로 올라가다 결국 꺼지는 것을 볼 수 있었다.
공연비 23.8
화염의 특징
당량비가 1.0으로써 최적의 연소 환경을 가진다. 적절한 공기와 연료의 비율로 높은 연소온도와 빠른 화염전파속도를 가져 중간높이의 안정된 화염모양을 만들어낸다. 화염의 색도 선명한 파란색을 띄고 화염의 가장자리에서 약간의 노란빛도 볼 수 있었다.
공연비 14.9
화염의 특징
당량비 1.6의 농후한 혼합가스의 연소로써, 전체 유량이 적어 주변 공기 흐름에 흩날리는 화염을 관찰 할 수 있다. 공급된 공기에 비해 농후한 연료가 공급되어 미처 연소되지 못한 가스가 불꽃 상단에서 천천히 연소하면서 매우 높은 붉은색의 화염을 형성한다.

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