복사 열전달

목차

1. 실험목적
2. 실험이론
3. 실험장치
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 고찰

본문내용

ometer 온도 열전대 기전력,
Emv(TR)
TO(K)
TR(K)
Radiometer 열량기전력
Emv(R)
형태
계수
복사율
()
340
200
8.10
1.07
472.225
299.875
0.05
0.013652
0.141012
300
12.11
1.08
570.793
300.125
0.13
0.013652
0.179687
400
16.40
1.08
673.266
300.125
0.27
0.013652
0.215707
315
200
8.10
1.08
472.225
300.125
0.05
0.015869
0.121389
300
12.14
1.07
571.516
299.875
0.14
0.015869
0.16650248
400
16.38
1.08
672.792
300.125
0.3
0.015869
0.198948
295
200
8.08
1.07
471.725
299.875
0.06
0.018054
0.133966
300
12.19
1.07
572.735
299.875
0.15
0.018054
0.16732139
400
16.34
1.08
673.269
300.125
0.35
0.018054
0.191235
265
200
8.07
1.08
471.475
300.125
0.07
0.022276
0.1307013
300
12.21
1.07
573.221
299.875
0.16
0.022276
0.144114
400
16.30
1.08
670.888
300.125
0.39
0.022276
0.1804186
※매틀랩에서 회귀분석을 이용한 그래프와 M파일 소스.
① Conical Shield의 반경(r)은 40mm 이고 Radiometer의 상수 이다. Radiometer와 Conical Shield 사이의 거리(L)이라 할 때 Shape factor F12와 r, L 과의 관계식을 유도하고, L=340mm, 315mm, 295mm, 265mm 에 대하여 Shape factor를 구하여라.
거리(L)
mm
형태계수 (, )
340
0.013652
315
0.015869
295
0.018054
265
0.022276
② Sample로 사용한 Stainless Steel의 표면온도를 200℃, 300℃, 400℃로 변화시키면서 1)의 네가지 L에 대한 Stainless Steel 의 평균 방사율(mean emissivity)를 구하라. 그리고 거리 L과 표면온도가 평균 방사율에 미치는 영향에 대하여 논하라.
각 길이 L(265, 295, 315, 340mm) 에 대한
Stainless Steel 의 평균 방사율(mean emissivity)
온도 거 리
200℃
300℃
400℃
265mm
0.13114210
0.14423466
0.17901415
295mm
0.13348600
0.16684821
0.19256719
315mm
0.12148920
0.16701508
0.19851249
340mm
0.14122027
0.17920617
0.21586564
각 온도에서
평균 방사율
0.13
0.16
0.20
-위의 표에서 볼 수 있듯이 Specimen heating device가 가열되면 Stainless Steel의 온도 또한 올라가는 것을 알 수 있다. 또한 방사율도 같이 올라가고 결국 Radiometer의 표면온도 또한 올라가게 된다. 이는 곧 복사열의 방사율이란 것은 열로부터의 거리와 열의 온도로부터 영향을 받게 된다는 것을 알 수 있다. 특히 방사율은 Conical Shield와 Radiometer의 거리보다는 열원의 온도에 더 큰 영향을 받는 것을 그래프를 보면 한눈에 알 수 있다.
열원의 온도가 일정할 때 Stainless Steel 의 방사율은 거리에 따라 비례하고, 거리가 일정할 때 온도에 따라 비례한다. 그러므로 평균 방사율은 열원으로부터의 거리와 온도에 모두 영향을 받는다.
6. 고찰
-이번 실험은 표면복사와 관련되어 물체표면의 거동을 기술하는 중요한 물성치로써 물체표면의 방사율을 측정하는 실험이었다. 실험 장비는 크지 않았고 열전도율 측정처럼 인내심이 필요한 실험이었다. 온도를 내리기위해 부채질도 하였다. 하지만 그리 어렵지 않은 실험이라 순조롭게 마칠 수 있었다.실험데이터를 분석해보면 일단 그래프나 데이터 상에서 감소하는 부분은 실험과정에서 오차가 발생함을 알 수 있는데, 이는 당시 실험실에 켜져 있던 에어컨이 유체의 유동을 만들며 실험실의 온도를 낮추는 열로 작용하므로 표면 온도에 대해 오차를 발생시키는 큰 원인이 된 것 같다. 또한 실험하던 실험자들로부터의 움직임으로 부터도 끊임없는 유동의 변화를 유발하므로 오차를 발생시킨 원인이 될 수 있다. 또한 실험장비로부터 오차가 있는데 실험장비의 표면 온도를 높이는 과정에서 표면 온도를 희망 온도로 설정했을 때 온도가 올라가는 시간이 너무 오래 걸려 희망온도보다 높게 설정하여 온도를 올리던 중 원하던 데이터 값이 나왔을 때 빠르게 값을 측정했는데 , 이때는 전압에 의해 표면온도가 계속 올라가던 중에 값을 측정한 것이기 때문에 정확한 값을 측정했다고 볼 수 없다. 아무리 계기판의 측정값을 빠르게 돌리며 읽어도 그 순간에도 온도는 변하고 있기 때문에 이 경우에서도 큰 오차가 발생되었을 것이다. 실험장비가 오래된 만큼 원하는 온도를 얻기가 힘들었기 때문에 오차가 발생한 것이다. 또한 아주 미세하지만 표면온도로 부터의 거리가 정확한 측정을 통해 이루어지지 않고 표시된 눈금을 통해 빠르게 측정해야 했기 때문에 정확한 거리 값과 각도가 아니기 때문에 미세한 오차가 발생하였을 것이다.
전체적으로 많은 오차들이 있어서 실험값을 거의 신뢰할 수 없지만 이번실험은 거리와 표면 온도로부터 방사율의 관계를 알아보고자 했기 때문에 회기 분석된 그래프를 보면 전체적인 경향이 파악되므로 성공적인 실험이었다고 볼 수 있다.
또한 표 2만을 갖고 측정값만으로 정확한 계산을 하기가 힘들었는데 보간법을 이용하여 1℃차이 구간 내에서 원하는 답을 선형 근사화 하여 구하므로 실험 결과 값의 오차를 최대한 줄일 수 있었다고 생각한다. 마지막으로 이번 실험을 통해 방사율의 정의와 측정원리에 대해 배우게 되어 매우 기쁘다.

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