열전달 실험장치 (HEAT EXCHANGER SYSTEM) (MODEL : HH13)

목차

1. 실 험 목 적

2. 사 양

3. 외 관 도

4. 이 론

5. 실 험 장 치

6. 실 험 방 법

7. 실험 합리의 정리

본문내용

ation)하게 되어 복잡해지는 관계로 전열량을 해석적으로 계산하기는 어려워진다.
그러나 많은 실험결과들은 Reynolds 수 Re의 변화가 그렇게 크지 않은 범위 내에서는 열전달계수 h를 다음과 같은 식을 사용하여 비교적 정확히 계산할 수 있음을 보여주고 있다.
여기서 Nu와 Pr은 각각 Nusselt수와 Prandtl수를 나타내고, c와 m은 물체의 형상과 Reynolds 수의 범위에 따라 결정되는 상수이다.
여러 걔의 원형봉들이 하나의 관군을 이루고 있을 때도 식 (1)을 사용하여 열전달계수 h를 구하는 것이 보통이다. 그러나 이 때 상수 c와 m은 Reynolds수가 같더라도 한 개의 원형봉이 놓여 있을 때와는 달라진다.
한편 관군의 열수가 많아지면 압력강하가 상당히 커진다.
유체가 관군 주위를 흐르는 동안 발생하는 압력강하 △p와 관군 주위에서의 평균유속 V사이에는 다음 관계가 성립한다.
여기서 n은 관군의 열수이고, p는 유체의 밀도, a와 α는 실험적으로 결정되는 상수이다.
5. 실 험 장 치
실험장치는 125mm × 125mm 의 흡입식 풍동으로 시험 부분은 투명한 플라스틱으로 되어 있다.
시험 부분의 벽에는 그림 1과 같이 투명한 플라스틱 원형봉을 어긋나게 끼워 직교류 열교환기와 같은 유동상태를 얻을 수 있도록 구멍이 뚫려 있고, 원형봉을 설치하지 않을 때는 별도로 준비된 마개를 사용하여 구멍을 막고 실험을 할 수 있도록 되어 있다.
또 시험 부분의 상.하류에는 정체압과 정압을 측정하기 위한 피토관과 정압공이 마련되어 있다.
그 림 1 실험장치의 부분 (모든 치수는 mm)
표 1 실험장치의 주요 치수
시험부분 125×125mm
동봉의 직경 12.42mm
플라스틱 원형봉의 직경 12.5mm
동봉의 등가 길이 103.5mm
원형봉 사이의 수직 피치 25mm
동봉의 질량 0.1093kg
원형봉 사이의 수평 피치 20mm
동봉의 비열 380J/kg℃
6. 실 험 방 법
1. 시험 부분의 구멍들을 마개로 막고 시험 부분 상류측에 설치되어 있는 피토관과 정압공을 사용하여 풍동 보정 실험에서와 마찬가지 방법으로 동압과 정압과의
관계를 구한다.
2. 시험부 부분에 한 개의 원형봉을 끼우고 다른 구멍들은 전부 마개로 막는다.
3. Inverter S/W를 ON한 후 Control pad를 조정하여 송풍기를 구동시킨다.
4. 동봉을 과열기에 끼워서 가열한다.
5. 동봉의 온도가 70℃ 정도 되면 시험 부분에 끼워진 플라스틱 원형봉을 빼 내고 동봉을 끼운다.
6. 동봉의 온도를 10초 간격으로 측정한다.
7. 유속을 구하기 위하여 시험부분 상류의 정압을 측정한다.
8. Inverter Control pad를 조절하면서 10회 이상 2에서 7까지의 실험을 반복한다.
9. 관군의 제 1열 중앙에 동봉을 끼우고, 나머지 구멍에는 플라스틱 원형봉을 전부 끼운다.
10. 유량 제어밸브를 완전히 전개하고 송풍기를 구동시킨다.
11. 동봉을 꺼내어 가열기로 가열한다.
12. 동봉의 온도가 70℃ 정도 되면 다시 실험장치에 끼우고 10초 간격으로 동봉의 온도를 측정한다.
13. 관군 상류에서의 정압을 측정한다.
14. 유속을 변경시켜 가면서 10회 이상 9에서 13까지의 측정을 반복한다.
15. 동봉을 제 2,3,4열에 차례로 끼우고 9에서 14까지의 실험을 반복한다.
〈동봉에 열을 가하는 경우〉
■ 주의사항
Heater 및 동봉이 밀봉된 상태이므로 처음에 온도를 높이 Setting하였을 경우 잠열로 인하여 온도지시가 매우 높이 상승하므로 주의를 요한다.
예) 70℃ 근방에서 실험을 행할 경우
1) 온도 조절 S/W를 30℃에 맞춘다.
2) Heater S/W를 ON하면 잠열로 인하여 42~44℃ 정도 올라간다.
*주* 외기온도에 따라 지시온도의 차이가 생길 수 있음.
3) 온도조절 S/W를 43℃에 맞춘다.
4) 온도가 43℃ 이하로 떨어지면 Heater가 자동 ON하여 온도가 상승하며 잠열로
48~49℃까지 상승한다.
5) 온도 조절 S/W를 48℃에 맞춘다.
6) 온도가 48℃ 이하로 떨어지면 Heater가 자동 ON하여 온도가 상승하여 잠열로
53~54℃까지 상승한다.
7) 온도 조절 S/W를 53℃에 맞춘다.
8) 온도가 53℃ 이하로 떨어지면 Heater가 자동 ON하여 온도가 상승하며 잠열로
58~59℃까지 상승한다.
9) 온도 조절 S/W를 58℃에 맞춘다.
10) 온도가 58℃ 이하로 떨어지면 Heater가 자동 ON하여 온도가 상승하며 잠열로
63~64℃까지 상승한다.
11)온도 조절 S/W를 63℃에 맞춘다.
12) 온도가 63℃ 이하로 떨어지면 Heater가 자동 ON하여 온도가 상승하며 잠열로
68~69℃까지 상승한다.
13) 온도 지시가 68~69℃ 근방에서 점멸하다가 68℃로 지시할 때 이때 동봉을
Heater에서 꺼내서 실험을 행한다.
단, 실험을 행할 경우 온도 조절 S/W 는 RT이하로 맞추어 놓을 것.
7. 실 험 합 리 의 정 의
동봉을 통해 잃은 열량은 모두 동봉 주위를 통해 지나간 공기로 주어졌으며, 동봉 내의 온도 구배는 없는 것으로 가정한다면 동봉 내의 과도 온도 분포는 다음과 같이 주어진다.
단, T : 동봉의 온도
To : 동봉의 최초의 온도
TA : 공기의 온도
h : 열전달 계수
A : 동봉의 표면적
t : 시간
m : 동봉의 질량
Cp : 동봉의 비열
따라서 반대수 그래프지의 횡축에 시간 t를 잡고, 종축에 온도 변화 를 잡아 그래프를 그리면 식 (4)의 관계는 직선으로 나타나므로 그 기울기로부터 열전달계수 h를 계산할 수 있다.
이때 동봉의 양단으로 약간의 열손실이 추측될 수 있으나, 이는 유효길이를 줌으로써 보정할 수 있다.
표 1에 주어진 동봉의 등가길이는 동봉의 실제 길이가 아니고 유효길이를 고려한 길이이다.
※ 정 리 ※
1. 동봉 하나만 설치하였을 경우와 동봉을 관군의 제1열, 2열, 3열, 4열에 설치하였을 경우에 대하여 각각 Nu와 Re와의 관계를 그래프로 그리고 그 결과를 비교
검토하라.
2. 관군 내에서의 압력 강하를 계산하여 마찰계수가 Reynolds수에 따라 어떻게 변하는지 검토하라.

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