열전달실험

목차

Ⅰ. 전도 열전달 실험

Ⅱ. 자연대류와 강제 대류 열전달 실험

Ⅲ. 복사 열전달 실험

IIII. 열전달 실험 결론

본문내용

q"값이 감소하나 감소폭은 점점 줄어 들어감을 볼 수 있다. 실험 전 조교님과의 이론 강의에서 배운 내용처럼 거리의 제곱에 반비례하는 경향을 볼 수 있다.
②log-log 좌표계
이 그래프를 보게 되면 로그복사열량값이 곧 0으로 되는 감속경향을 읽을 수 있다. 이를 통해 복사열량은 거리의 한계를 가지고 있음을 알 수 있다.
2) 방사율()
회체
흑체
0.3884432
0.5695941
0.3329234
0.4126079
출력조절을 6-5로 하여 실험한 방사율을 통해 평균 방사율을 구하면
회색판 평균 방사율 : 0.360683
흑색판 평균 방사율 : 0.491101
으로 흑색판 평균 방사율이 회색판 평균 방사율보다 더 큰 것을 알 수 있다. 실험 전에도 들었지만 흑체라는 것은 완벽히 이 세상에 존재할 수 없는 것임을 볼 때 이 실험의 목적은 바로 색상에 따른 복사열전달이 어떻게 되는 지를 알아보는 실험이라 하겠다. 회색판와 흑색판으로 나눠 실험을 진행한 결과 색상에 따라 흑색이 회색보다 방사율이 높은 것으로 나타났다. 방사율은 곧 흡수율이라 할 수 있으므로 색상에 따라 흑색이 회색보다 복사열을 잘 흡수 하는 것을 알 수 있다. 어릴적 돋보기로 흑색 비닐을 태울 때와 흰색 비닐을 태우는 실험에서 흑색비닐이 잘 타는 것과 같은 원리이며 결과이다. 복사체의 표면온도는 회색판이 흑색판보다 높은 반면 방사율은 반대로 나오는 것을 볼 때 관계식과 같이 복사체의 표면온도와 주위온도의 차에 반비례하는 경향을 읽을 수 있다. 표면온도가 높을수록 흡수하기보다 방출하는 양이 많아지는 것을 알 수 있고 그만큼 열전달에는 좋지 않다는 것을 짐작할 수 있다.
오차가 많을 것이라 예상되는 실험이었다. 열원에서 방출하는 복사량은 방출면적은 구와 같다고 볼 수 있는데 이 실험에서는 이차원적으로 생각했기 때문에 약 4배이상의 오차가 있으리라 본다. 그리고 다른 자연대류로 복사량이 감소할 수 있으나 비교적 뚜렷하게 측정값의 차이를 확인할 수 있어 성공적이었다고 판단했다.
(6) 참고문헌
- 열전달, INCROPERA DE WITT, 이택식외 2명 공역, 희중당
- 기계공학응용실험, 청문각
IIII. 열전달 실험 결론
열전달량에 따른 변수들의 실험을 통해 관찰할 수 있었던 관계를 정리한다.
(1) 전도 : 열전달량은 거리에 따라 반비례하였다.
(2) 대류 : 열전달량은 접촉면적 변화에 따라 단위 면적 열전달량은 감소하였다. 또한 대류 속도에 따라 단위 면적 열전달량은 일정하지만 열전달계수는 증가하였다. 강제대류에서 Re수에 관한 Nu수는 증가하는 경향을 보였고 자연대류에서 Gr수에 관한 Nu수는 감소하는 경향을 보였다.
(3) 복사 : 복사 열전달량은 그 거리의 제곱에 반비례함을 알 수 있었으며 색상에 따라 방사율은 다름을 보였다. 흑판이 회색판보다 방사율이 높았다. 그러므로 색상에 따라 방사율은 달라질 수 있다.
(4)열전달 영역에 적용할 수 있는 공학적 의미를 간단하게 서술하라
1) 전도 - conductivity, steady-state
conductivity : 열전도율이라 하고 이 열전도율은 전달되는 열량과 전열거리에 비례하고, 열전달면적과 온도차이에 반비례하는 관계식을 가진다. 열전도율을 공학에서 과연 얼마만큼의 열을 전도할 수 있는가를 알아볼 수 있는 척도로 쓰일 수 있다. 한국의 전통적인 온돌난방방식이나 보일러 방식은 바로 이 전도의 성질을 이용한 난방으로 볼 수 있다. 여기서 얼마나 전도시킬 수 있는가를 이 관계식을 통해 실험하고 결과에 따라 알아낼 수 있으며 효율을 높일 수 있는 중요한 역할을 한다.
Steady-state : 정상상태를 의미하며 정상상태에서는 전도되는 열량이 일정하므로 온도가 일정하게 구배되는 현상을 볼 수 있다. 이를 통해 냉난방의 경우 사용량을 조절하며 난방의 범위를 측정하여 상황에 따라 알맞은 온도를 전도할 수 있는 영역을 알아낼 수 있다.
2) 대류 - Re, Nu, Gr 무차원수
Re : 층류와 난류를 구분 지을 수 있는 무차원수로 대류의 성질이 층류인가 난류인가를 판단하여 냉동공조기영역에서 전달하고자 하는 열을 층류와 난류의 성질에 따라 원하는 방향과 원하는 세기로 보내주기 위한 기초 분석의 척도로 쓰일 수 있다. 특히 강제대류에서의 성질을 파악하는데 쓰이므로 인위적인 기계장치로 일어나는 유동의 성질을 파악하기에 좋다.
Nu : 유체와 고체 표면 사이에서 열을 주고받은 비율을 나타내는 무차원수로 대류가 일어났을 때 얼마나 열을 전달할 수 있는가를 비율로 알 수 있게 된다. 그러므로 자연대류나 강제대류가 일어났을 시 실제 열전달에 의한 영향이 어떠하였는가를 분석할 수 있다. 강제대류와 관계있는 Re수와 자연대류와 관계있는 Gr와의 관계를 통해 대류에 의한 열전달이 어떻게 변하는지를 알 수 있다.
Gr : 자연 대류의 부력의 무차원수로 자연 대류시 부력과 점성력의 관계를 나타내었다. 자연적으로 일어나는 대류를 분석하는 척도로 쓰이며 이는 중력과 팽창계수 온도차 그리고 점성력의 관계에 의한다. 실제 일어 날 수 있는 자연대류를 파악하는데 사용되므로 대류현상을 주의깊게 관찰해야하는 기상분야에서 중요하겠다.
3)복사 - inverse square law, emissivity
inverse square law : 복사열 전달량은 거리의 제곱의 반비례한다는 것을 알게 되면서 복사열을 관리하기 위해서 거리가 민감하게 반응한다는 것을 알았다. 이는 근래에 선진국에서 많이 추진하고 있는 우주공간에서의 태양광발전등과 밀접한 연관이 있다고 생각한다. 어떤 수의 제곱에 반비례한다는 것은 반대로 생각하면 조금만 줄여도 큰 효과를 거둘 수 있다는 말과 같게 되므로 이 법칙의 중요성은 아주 크다.
emissivity : 방사율이라 하고 같은 온도의 물체와 면과의 방사도 비를 말한다. 열전달시 열이 전달되고자 하는 물체에 얼마나 잘 전달될 수 있을까에 대한 척도로 사용될 수 있다. 크게 보면 태양복사에너지를 받아 활용하는 분야인 태양열의 경우 방사율이 높으면 효율이 높아질 수 있는 것이다. 그런 의미에서 방사율을 올리는 것을 연구하는 것은 많은 공학도들의 목표가 되고 있다.

키워드

열전달,   기계공학 응용실험,   heat