열전달[열유체] - 이중관 열교환기[결과]

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목차

1.실험목적
2.실험장치및방법
3.실험결과 및 고찰
4.결론
5.참고문헌

본문내용

0Kg/h로 같은방향으로 흘려준다.
온수와 냉수의 입 출구 온도가 정상상태로 도달한 후 Th,i , Th,o , Tc,i , Tc,o 의 온도를 측정한다.
위와 같은 방법으로 냉수의 유량을 300Kg/h와 350Kg/h로 조절하여 같은방향으로 흘려 주면서 반복 측정한다.(단, 유량은 정해진량이 아니므로 매 실험마다 바뀔 수 있음)
※ 주의사항
밸브의 개폐방법을 완전 숙지하여 오작동이 없도록 한다.
담당교수 또는 조교의 지시 없이는 Control panel의 조작을 금한다.
고온파이프에 의한 화상을 조심한다.
실험시 이상발생시 전원 스위치를 OFF하고, 즉시 담당교수 또는 조교에게 보고한다.
실험결과 및 고찰
실험측정 데이터
고 온 부
저 온 부
입구온도
[℃]
출구온도
[℃]
유량
h (kg/h)
입구온도
[℃]
출구온도
[℃]
유량
c (kg/h)
대 향 류
58.4
49.6
100
20.1
29.1
100
58.3
47.5
100
19.9
25.1
200
57.8
46.6
100
19.7
23.5
300
평 행 류
60.0
51.9
100
22.8
31.0
100
58.8
48.5
100
20.6
25.1
200
58.2
47
100
19.9
23.1
300
계산과정
1) 유량 단위 변환
,
2) 고온과 저온의 열전달량
3) 실험식에 의한 총합 열전달계수 (내부관 기준)
4) 경험식에 의한 총합 열전달 계수
내부관
323
55.06
643
3.54
327
51.87
647
3.31
333
47.09
653
2.97
외부관
293
100.3
602
6.96
297.6
90.98
609
6.24
303
80.04
617
5.4
①내부관의 유속
②외부관의 유속
③내부관의 레이놀즈 수 천이
④내부관의 Nu 수 (난류)
(은 고온수가 냉각이 되는 과정이므로 0.3 사용)
⑤외부관의 Nu 수 (난류)
(외부관은 완전 원형이 아니므로 수격 직경 사용)
⑥외부관의 레이놀즈 수 천이
⑦내부관에서
⑧외부관에서
⑨경험식에 의한 총합 열전달 계수
5) 효율
실험 결과 데이터
고온유량
[L/h]
저온유량
[L/h]
유동형태
총합열전달계수 U
효율
[%]
실험식
경험식
대항류
　
100
100
내부관
천이
425.02
698.11
0.23　
외부관
천이
100
200
내부관
천이
485.65
775.45
0.28
외부관
천이
100
300
내부관
천이
512.67
808.61
0.29
외부관
천이
병행류　
100
100
내부관
천이
392.06
712.50
0.22
외부관
천이
100
200
내부관
천이
434.62
783.53
0.25
외부관
천이
100
300
내부관
천이
463.21
811.22
0.27
외부관
천이
[표 2] - 설명 : 내부관 외부관 이 모두 천이 형태로 유동이 발생 하였다. 유량이 증가 함에 따라서 총합열전달 계수와 효율이 증가하는 것을 알수 있다. 총합열전달계수의 크기에 따라서 효율이 변화 한다는 것을 알수 있다.
유체의 유동방향과 실험식, 경험식에 따른 총합열전달계수
[그래프.2] - 설명 : 유량에 증가 함에 따라서 전체적으로 총합열전달 계수가 증가함을 알수 있다. 경험식에서의 대향류와 병행류는 거의 비슷하게 나왔지만, 실험식에서는 병행류보다 대향류가 좀더 총합열전달 계수가 높음을 알수 있다.
열전달량이 일정하다고 계산이 되어 졌지만 이번실험에서 유량이 일정하게 고정이 되지 않았다. 계속해서 벨브를 조절하여 유량을 유지 했기 때문에 시간에 따라서 열전달량 또한지속적으로 변했을 거라고 추측된다. 측정 간격을 좀더 길게 했다면 좀더 정확한 값을 얻을수 있었을 것이다.
총합열전달계수는 두 유체 사이의 열전달에 대한 전체 열저항으로 정의 된다. 이 계수는 복합 원통벽에 의해 분리된 유체 사이의 전도저항과 대류저항을 고려 함으로써 결정된다.
그러나 이러한 결과는 깨끗하고 휜이 없는 표면에만 적용된다는 것을 알고 있는 것이 중요하다. 총합열전달의 계산의 있어서 오염계수를 무시할수도 있지만 오염계수 또한 무시하지 못할 변수 임에는 분명하다.
※오염계수
일반적으로 열교환기 표면은 작동하는 동안 유체의 불수물, 녹의 생성, 또는 유체와 벽면 재료 사이의 다른 방응에 의해 자주 오염되기 쉽다. 표면에 막 또는 스케일이 지속적으로 침전되면 유체 사이의 열전달에 대한 저항은 크게 증가 될 수 있다. 이러한 효과는 오염계수(fouling factor) 라고 하는 부가적인 열저항을 도입하여 다루어 질 수 있다. 이 값은 작동온도, 유체속도, 그리고 교환기의 사용시간에 따라 달라진다.
유체의 방향에 따른 효율
[그래프.2] - 설명 : 대향류가 병행류 일때보다 더 높은 효율을 나타내었다. 유량이 커짐에 따라 효율 또한 증가 한 것을 볼수 있다. [그래프. 1]를 보면 유량이 증가함에 따라 총합열전달 계수가 증가함을 알 수 있다. 즉, 총합열전달계수가 높으면 효율도 증가한다는 것을 알 수 있다. 열교환기의 효율에 있어서 총합열전달계수는 중요한 변수임에 틀림없다.
결론
서로 다른 고체벽으로 분리된 두 유체 사이의 열교환 과정은 많은 공업 응용분에서 일어나고 있다. 이번 실험은 이중관 열교환기를 이용하여 열교환 과정에 대하여 알아 보았다. 열교환기의 효율을 평가하기 위한 성능 계수에 대하여 알아보았는데, 총합 열전달 계수가 증가함에 따라 효율 또한 증가한다. 따라서 가장 효율에 직접적인 영향을 미치는 것은 총합열전달 계수라는 것을 알 수 있었다. 이에 따라서 유량과 온도를 조절해 효율을 높일 수 있다는 것을 알수 있었다. 열교환기의 효율 계산을 통하여 열교환기의 성능을 예측할 수 있다.
참고문헌
1)열전달, 저자 Hagen, 권오붕외 5명공역, 도서출판 인터비젼 2000, Page 475~476
2)열전달, 저자 FRANK P.INCROPERA 외 3명, 손영석 외 4인 공역, 제6판, 도서출판 교보문고 2008, Page 772
3)열전달, 저자 Hagen, 권오붕외 5명공역, 도서출판 인터비젼 2000, Page 485~486
4)열전달, 저자 FRANK P.INCROPERA 외 3명, 손영석 외 4인 공역, 제6판, 도서출판 교보문고 2008, Page 777

키워드

병류형,   향류형,   열교환기