[실험레포트] 이동현상실험 - Natural and Forced Convection

소개글

[실험레포트] 이동현상실험 - Natural and Forced Convection에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

류와 강제대류를 시간에 따른 온도변화를 Plot 하라.
<자연 대류>
<강제 대류>
⑵ 자연대류와 강제대류에서 구한 h 값을 비교하라.
< 강제 대류 >
case 1) v : 4.7 m/s
온도계 m : 23g = 0.023 kgka
온도계 열용량 : Cp = 840 (J/㎏·℃) (유리로 가정)
온도계
h = - 141. 97 W / m2·℃
case 2) v : 6.4 m/s
h = - 218.13 W / m2·℃
< 자연 대류 >
a ' : 0.004 이므로 a : -0.016
K : -15.42
h = - 60.7 W / m2 . k
⑶ 강제대류와 자연대류 현상을 비교 설명하여라.
☞ 거의 모든 열교환기와 냉각기에서 강제 대류를 통해 열을 식히거나 열을 전달해서 온도를 변화 시킨다. 강제 대류는 말 그대로 강제 적으로 유체를 순환시켜 열 전달이 이루어지는 것이다. 자연대류는 현상은 우리가 흔히 알듯이 지면이 뜨거워지면 지면의 공기는 밀도가 낮아져서 지면과 대기의 밀도차로 인한 부력이 발생되어 공기가 순환 하게 된다. 그래서 중학교때 배운 낮에는 육지가 더 빨리 뜨거워져서 해풍이 불고, 밤에는 육지가 더 빨리 차가워져서 육풍이 부는 내용과 약간의 연관이 있다.
⑷ 유속에 따른 열손실의 차이에 대하여 논하여라.
☞ Newton's Equation 이므로, v : 4.7 m/s 일 때 h = - 141. 97 W/ m2·℃ 이었고 v : 6.4 m/s 일 때 h = - 218.13 W / m2·℃ 이었다. A 와 △T 는 같으므로 유속이 증가 함에 따라서 열 손실 차이도 크다는 것을 알 수 있었다.
⑸ 이 실험에서 발생되는 오차의 원인에는 무엇이 있을지 열거하여라
① 온도계를 물속에서 꺼낼 때 꺼낸 직후의 온도의 급속한 변화로 인한 측정의 어려움
② 온도계를 물속에서 꺼낼 때 물기를 서둘러 닦아낼 때 일어나는 오차 (물이 자연증발이 되어 대류에 영향을 주지 않게 하려고 닦는 것이므로 맞지만, 닦을때도 오차가 생길 수 있음)
③ 강제대류 측정시 선풍기 앞에 온도계를 고정적으로 매번 똑같은 위치와 거리에 놓기 어려움.
④ 사람의 체온에 의한 주변 대기온도의 변화와 창문을 통한 바람의 영향.
⑤ 육안으로의 온도 측정의 부정확성
6. 실험 고찰
이번실험은 자연대류와 강제대류의 온도변화를 측정하고 그에따른 열전달계수와 열전도도를 구하여 비교해 보는 실험으로, 다른 실험들에 비해 비교적 간단한 실험이었다. 그러나 자연대류나 강제대류를 실험하기위한 실험실 환경이 안정된 steady-state로 유지되기 힘들었기 때문에, 다른 실험들에 비해 오차의 요소가 많았다고 생각한다. 먼저 가장 큰 오차의 요인으로는 온도계를 물속에서 꺼낼 때 꺼낸 직후의 온도가 급속하게 변해 온도측정이 어려웠다는 점을 들 수 있다. 급속한 온도의 변화 때문에, 이 과정에서 온도측정을 시작하기까지 여러번의 시도가 필요했다. 그리고, 온도계를 물속에서 꺼낸직후, 온도계 주변에 있는 물의 기화로 인한 온도변화를 막기 위해 서둘러 닦아 주어야 하는데, 이 닦아주는 과정에서도 오차가 생길 수 있다. 그리고, 강제대류의 온도 측정 시 선풍기 앞에 매번 고정적으로 똑같은 위치에 놓아 측정한다는 것이 어려웠다는 점도 오차의 원인이 될 수 있던 것 같다. 그리고, 강제대류의 경우 온도의 변화가 너무 빨라서 사람의 육안으로는 정확한 온도측정이 힘들었다. 또한, 우리는 실험 시 외부 환경으로 인한 온도의 변화를 최대한 막기 위해 온도측정 시 최대한 온도계에 숨이 안 닿도록 하고 측정하였고, 실험실 내 창문도 닫았지만, 그럼에도 불구하고 피치 못한 외부환경의 변화, 즉, 실험실내의 사람체온에 의 한 온도의 변화 또는 다른 여러 가지 온도에 대한 변수가 생겼다는 점도 오차의 요인 중 하나 인 것 같다. 그래서 우리 조는 A4용지로 주변에 막을 쳐서 자연대류, 강제대류 모두 같은 환경에서 실험이 이루어지도록 했고, 특히나 외부환경의 영향을 많이 받는 자연대류는 실험장 안에 넣어서도 측정해 보았다. 이러한 오차의 요소를 고려하며, 가장 오차가 적게 드는 방법으로 실험을 하려고 해보았지만 고찰을 쓰다 보니 고려하지 못한 요소도 많은 것 같아 아쉽고, 다시 실험해 본다면 더 정확한 실험결과를 얻을 수 있을 것이라 생각한다. 실험결과로는 강제대류가 자연대류보다 훨씬 급격한 온도변화가 있었고, h값도 강제대류가 자연대류보다 큰 값을 가졌다. 강제대류에서 풍속이 빠를수록 작지만 더욱 큰 변화로 온도가 변하는 것을 알 수 있었다.

키워드

이동현상실험,   열전달계수,   자연대류