이중열교환기실험

본문내용

있습니다.
이 실험에서는 전열량 가 다음과 같이 구해집니다.
우선, 더운물이 잃은 열 (qh)
찬물이 얻은 열 (qc)
따라서,
열전달 면적은, 내관의 자료로부터 다음과 같이 구합니다.
따라서,
그러므로,
또, 여기서 이중관 교환기 효율()을 구해보면 다음과 같습니다.
5) 병류흐름에서 고온유체의 유속이 1.6L/min일 때
Fig. 18. 병류 1.6L/min일 때 자료입력과 온도분포도
Fig. 19. 병류 1.6L/min일 때 결과정리
LMTD 가정에 따른 총괄 열전달계수 계산:
LMTD 가정에 따라 U가 거의 일정하다고 보고,
더운물의 입구에서, 찬물과 더운물의 온도차를 ,
더운물의 출구에서, 찬물과 더운물의 온도차를 라고하면,
여기서, 이므로 위식은 다음과 같이 바뀝니다.
로 정의하면,
이 식에서 총괄열전달계수 를 구할 수 있습니다.
이 실험에서는 전열량 가 다음과 같이 구해집니다.
우선, 더운물이 잃은 열 (qh)
찬물이 얻은 열 (qc)
따라서,
열전달 면적은, 내관의 자료로부터 다음과 같이 구합니다.
따라서,
그러므로,
또, 여기서 이중관 교환기 효율()을 구해보면 다음과 같습니다.
6) 병류흐름에서 고온유체의 유속이 2.4L/min일 때
Fig. 20. 병류 2.4L/min일 때 자료입력과 온도분포도
Fig. 21. 병류 2.4L/min일 때 결과정리
LMTD 가정에 따른 총괄 열전달계수 계산:
LMTD 가정에 따라 U가 거의 일정하다고 보고,
더운물의 입구에서, 찬물과 더운물의 온도차를 ,
더운물의 출구에서, 찬물과 더운물의 온도차를 라고하면,
여기서, 이므로 위식은 다음과 같이 바뀝니다.
로 정의하면,
이 식에서 총괄열전달계수 를 구할 수 있습니다.
이 실험에서는 전열량 가 다음과 같이 구해집니다.
우선, 더운물이 잃은 열 (qh)
찬물이 얻은 열 (qc)
따라서,
열전달 면적은, 내관의 자료로부터 다음과 같이 구합니다.
따라서,
그러므로,
또, 여기서 이중관 교환기 효율()을 구해보면 다음과 같습니다.
7) 매틀랩 계산
Fig. 22. 향류 0.8L/min
Fig. 23. 향류 1.6L/min
Fig. 24. 향류 2.4L/min
Fig. 25. 병류 0.8L/min
Fig. 26. 병류 1.6L/min
Fig. 27. 병류 2.4L/min
3.3 Discussion
본 실험을 통해서 이중관식 열 교환기의 구조와 향류 흐름과 병류 흐름에 있어 열교환의 효율 등을 이해하고자 한다. 그리고 장치의 조작 방법을 익히고, 유체의 유량과 총괄 전열계수를 구하고자 하는 실험이다. 실험을 통해서 총괄 열전달계수의 차이는 유속과 온수, 냉각수의 흐름 방향에 영향을 받는 것으로 보여졌다. 즉 결과적으로 총괄 열전달계수는 내부와 외부의 시간당 온도 차이가 클수록 큰값을 갖는다는 것을 알 수 있었다. 실험에서 냉각수는 외관을 통해 흐르고 온수는 내관 통해 향류 흐름 일 때 열은 관의 벽면을 통해 찬 유체로 전달된다는 것을 알 수 있다. 정상상태 일 때, 뜨거운 유체가 잃은 열량은 찬 유체가 얻은 열량과 같아야 한다. 실험 결과와 같이 열교환기의 입구에서 유체간의 온도차는 출구에서 줄어든다. 병류와 향류간의 열효율은 일정한 유속까지는 병류의 열효율이 높은 반면, 일정구간을 벗어난 곳에서의 흐름에선 향류의 열효율이 우세하다는 것을 알 수 있다. 하지만, 유속의 증가로 인해 고온유체의 유속이 증가할 경우 효율적인 열전달이 잘 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 유속이 높을 경우 냉각수가 충분히 열을 빼앗을 시간을 주지 않기 때문에 효율이 떨어짐을 알 수 있다.
4. CONCLUSION
본 실험을 통해서 이중관식 열 교환기의 구조와 향류 흐름과 병류 흐름에 있어 열교환의 효율 등을 이해하고자 한다. 그리고 장치의 조작 방법을 익히고, 유체의 유량과 총괄 전열계수를 구하고자 하는 실험이다. 온수와 냉각수 유체가 흐르면서 관벽을 통하여 열교환이 이루어져 온수 유체의 온도를 감소시키고, 냉각수 유체의 온도를 상승시킨다. 이 때, 정상상태에서 열교환기 외부로의 열손실을 없는 것으로 가정하고, 온수가 잃은 열을 모두 냉각수가 얻은 열과 같게 된다는 가정으로 이 실험을 진행하였다. 이 때 유량을 3.2L/min으로 고정시키고 온수의 유량을 각각 0.8 L/min, 1.6L/min, 2.4L/min으로 조절해 가면서 컴퓨터로 정상상태 확인한 후 총괄열전달계수와 관내의 온도분포, 그리고 열전달량을 확인하였더니 총괄 열전달계수는 유속이 증가함에 따라 같이 증가하고, 향류일 때가 병류일 때보다는 높은 모습을 보이는 것을 볼 수 있었고, 향류 흐름에 비해 병류 흐름의 열효율이 높게 나오는 것을 확인할 수 있었다. 실험을 통해서 총괄 열전달계수의 차이는 유속과 온수, 냉각수의 흐름 방향에 영향을 받는 것으로 보여졌다. 즉 결과적으로 총괄 열전달계수는 내부와 외부의 시간당 온도 차이가 클수록 큰 값을 갖는다는 것을 알 수 있었다. 정상상태 일 때, 뜨거운 유체가 잃은 열량은 찬 유체가 얻은 열량과 같다. 열교환기의 입구에서 유체간의 온도차는 출구에서 줄어든다. 병류와 향류간의 열효율은 일정한 유속까지는 병류의 열효율이 높은 반면, 일정구간을 벗어난 곳에서의 흐름에선 향류의 열효율이 우세하다는 것을 알 수 있다. 하지만, 유속의 증가로 인해 고온유체의 유속이 증가할 경우 효율적인 열전달이 잘 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 유속이 높을 경우 냉각수가 충분히 열을 빼앗을 시간을 주지 않기 때문에 효율이 떨어짐을 알 수 있다. 이번 실험을 통해서 병류와 향류에서의 특성을 이해 할 수 있었고, 유량에 따른 병류와 향류에서의 열수지와 총괄열전달계수를 구해봄으로써 냉각수의 방향성에 따른 열효율과의 관계를 이해 할 수 있었다.
5. REFERENCES
[1] 산업자원부(1998), "신합섬용 연속형 저장력 정련기 개발", p218-227
[2] 김상열(2004), “산업용 열교환설비에서의 파울링 진단기술에 관한 연구”, 한국해양대 대학원 석사학위논문, p57-59
[3] Heat Transfer, 8th ed, J.P Holman/2001/McGraw Hill, 120-123

키워드

이중,   열교환기,   실험