[실험레포트] 이동현상실험 - 이중열교환기[Double Pipe Heat Exchanger]

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본문내용

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6.033302
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3.75
0.0000625
0.412079
1.378425
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3.043024
6.033302
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2015.427
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16785.75
3.043024
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3709.814
7981.907
2637.968
2306.148
0.068602
7. 결과값의 고찰
⑴ 열교환기에 있어서 개별전열계수와 총괄전열계수를 각각 구하여라.
위의 결과 참고
(2) 전열계수의 유속변화 의존성에 대해 알아본다.
유속이 증가하면 교환된 열량이 증가하고, 전열 면적과 대수 평균 온도차가 일정하다면
이므로 총괄전열계수(U)는 증가한다
(3)일정한 조건에서 향류흐름과 병류흐름에서의 총괄전열계수를 비교설명하여라.
총괄전열계수가 크다는 것은 열이 잘 전달된다는 것을 뜻한다. 일반적으로 전열 속도는 parallel-current(병류흐름)의 경우가 상당히 크며 counter current(향류흐름)의 경우 상당히 완만하므로 급속한 전열을 바랄 때는 병류, 높은 전열효율을 바랄 때는 향류가 사용된다.
⑷ 병류와 향류흐름에서 열교환기의 효율에 대하여 설명하시오.
① 병류 흐름(Parallel Flow)
where,
② 향류 흐름(Counter Flow)
※실험 결과 병류일 때 보다 향류일 때 효율이 더 좋다.
(5) 열교환기에는 어떤 종류가 있고 그 특징은 무엇인지 알아본다.
원통다관식 열교환기
가장 널리 사용되고 있는 열교환기이다
폭넓은 범위의 열전달량을 얻을 수 있으므로 적용범위가 매우 넓고, 신뢰성과 효율이 높다.
이중관식 열교환기
구조는 비교적 간단하며 가격도 싸고 전열면적을 증가시키기 위해 직렬 또는 병렬로 같은 치수의 것을 쉽게 연결 시킬 수가 있다.
전열면적이 증대됨에 따라 다관식에 비해 전열면적당의 소요용적이 커지며 가격도 비싸게 되므로 전열면적이 20m2 이하의 것에 많이 사용된다.
고정관판형 열교환기
관판을 동체의 양측에 용접 등의 방법으로 고정시킨 구조의 열교환기이다. 동체측유체와 관측유체의 온도에 의해 전열관과 동체는 열팽창차가 생기고 그 때문에 열응력이 큰 경우에는 동체에 신축이음을 설치하여 열팽창을 흡수 하는 구조가 필요하다. 이 형식은 동체 측의 청소, 점검 및 보수가 곤란하므로 부식성과 오염이 적고 침전물이 생기지 않는 유체에 적당하다.
동체의 오염이 적고 유체에 의한 동체 및 전열관의 온도차가 작을 때 또는 열팽창 차가 작을 때에는 최적의 구조이다.
종형의 관식반응기로서 용도가 넓다.
U-자 관형 열교환기
U자관형의 Tube를 사용한 형식의 것이며 Tube는 동체와는 관계없이 유체의 온도에 따른 신축이 자유로우며, 또 Bundle을 그대로 빼내서 청소 및 점검할 수 있는 구조로서 유동두형의 경우와 같다. 그러나 유동두형의 경우 직관이 기 때문에 청소가 쉬우나 U자형의 경우는 관내의 청소가 곤란하다.
열팽창에 대해 자유롭다.
Bundle을 빼 낼 수가 있으므로 Tube외면의 청소도 쉽게 할 수 있다.
고압유체에 적합하다. 고압유체를 관내에 흘리면 내압부분이 적어도 되므로 중량을 경감시킬 수가 있다.
구조가 간단하여 관판이나 동체측 플랜지가 적어도 되므로 제작이 비교적 간단하다.
케틀형 열교환기
동체의 상부측은 증발이 잘되도록 빈공간의 증기실이 있다. 액면의 높이는 최상부관보다
적어도 50mm높게 하는 것이 보통이다.
폐열보일로는 가장 구조가 간단하다. 따라서 손쉽게 값싼 증기를 얻는데 널리 사용된다.
관속은 유동두식, U자 관식으로 할 수가 있으므로 오염되기 쉬운 유체, 압력이 높은 유체에도 적용할 수 있다.
8. 실험 고찰
이번 실험은 이중열교환기를 이용하여 이중관식 열 교환기의 구조와 향류 흐름과 병류 흐름에 있어 열 교환의 효율 등을 이해하고, 장치의 조작 방법을 익히고 실험을 통하여 유체의 유량과 총괄 전열계수를 구하고 개념을 습득하며 열 교환 실험과 열 수지를 이해하도록 하고 유체의 유량과의 관계를 알아보는 실험 이었다.
실험 결과를 보면, 온도와 유속이 증가함에 따라 전열계수가 커짐을 알 수 있는데,이론적으로 총괄연전열계수는 병류보다 향류가 더 크다. 총괄전열계수가 크다는 것은 열이 잘 전달된다는 것이므로 동일 조건 속에서 향류흐름이 병류흐름보다 열전달이 더 좋다는 것이다.
실험을 하면서 고려해 볼 수 있던 오차는 여러 가지가 있었는데, 먼저 온도를 맞춰주는 과정에서 오차가 발생 했다고 볼 수 있다. 온도 표시하는 부분이 자꾸 변해서 정확한 실험 준비 상태를 만들 수 없었다. 또한 실험에서는 파이프의 온도변화는 무시했는데 실제로 파이프 관 자체의 온도도 변하기 때문에 이를 고려해주어야 한다.
또한, 파이프 내부를 매끄럽다고 가정하여 내부저항을 무시하고 계산 하였다는 점도 오차의 원인으로 둘 수 있다. 내부저항은 열 손실에 영향을 미치기 때문이다.
그리고 실험에서 유량을 변경하는 것도 오차의 원인이 될 수 있다. 실험이 계속되는 동안 추가 변화하는 등의 변화를 보였기 때문에 실험 내내 신경쓰고 관찰 하여야했다. 이번실험은 우리가 직접 뭔가를 해야한다기 보단 열교환기에 대한 이해와 배경지식을 토대로 열교환기를 잘 조작 했어야 했던 실험이었다. 그래도 그나마 이번 실험에서 가장 까다로왔던 점은 온도가 자꾸 떨어져서 물의 온도를 유지되도록 자꾸 신경써 줘야 했다는 점이다. 온도를 맞춰주는데 걸린 시간이 실험을 수행한 시간에서 가장 많은 비율을 차지했던 실험 이었던 것 같다.
실험 결과를 토대로 향류와 병류의 열교환에 대한 효율성을 생각해 보면, 목적과 쓰임에 따라 그 효율이 다르다고 볼 수 있다. 병류에서는 입구 쪽에서 고온유체와 저온유체의 온도차가 크므로 저온유체를 빠르게 가열하는 목적에 쓰임이 좋지만, 결과적으로 보면 저온 유체의 온도를 더욱 높이는 것은 향류흐름이 더 효율적이다. 그러므로 병류흐름은 저온유체를 급하게 가열해야 할 경우 효과적인 방법이라 할 수 있다.

키워드

이동현상실험 ,   이중열교환기,   유체의 유량과의 관계