열교환기 이중관 파이널

소개글

열교환기 이중관 파이널에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

e보다 효율이 낮다.
③ △T의 차이가 크다.
④ 온도변화가 급속히 일어난다.
b) 향류(Counterflow)
① 이 보다 높아질 수 있다.
② Parallel Type보다 효율이 높다.
③ △T의 차이가 크지 않다.
④ 온도변화가 서서히 일어난다.
병류 열교환기는 온도차 는 초기에는 크지만 x(거리)가 증가함에 따라 감소하여 점점 0으로 근접한다. 저온유체의 출구온도는 절대 고온유체의 출구온도를 넘지 못한다.
향류 열교환기는 병류 열교환기와 대조적으로 한 끝단에서 두 유체의 고온부 사이의 열전달이
있고, 동시에 다른 끝단에서 저온부 사이의 열전달이 있다. 이러한 이유 때문에 x에 관한
온도차의 변화는 평행유동 열교환기의 입구영역에 대한 온도차만큼 크지 않다. 이 경우
에서는 저온유체의 출구온도가 고온유체의 출구온도를 초과할 수 있다.
4) 실험장치
이 실험 장치는 이중관식 열교환기로 유량계, 온도 지시계 등으로 구성되어 내부에
온수, 외부에 냉수가 유동하도록 되어 있으며 밸브로 조작하여 병, 향류의 실험이
가능하도록 제작되었다.
5) 실험방법.
① 물탱크에 물을 75%까지 채운다.(이 단계는 물은 채워져 있었다.)
② 열교환기 전원 스위치를 켠다.
③ 모터 내의 공기를 제거하고, 밸브의 잠긴 상태를 확인 한다.
④ 온수의 온도를 40°C로 설정한다.(여기서 실험 장치가 대규모가 아니므로 온도 설정은
높게해도 상관없다. 온수의 온도가 실험에 맞게 설정 되면 온도 설정을 그 온도에 맞춘다.
실험후에 50°C 60°C로 맞출 때도 같은 방법으로 한다.)
⑤ 온수 유동제어 밸브를 열고, 온수 유량을 설정한 뒤 온도와 유량이 정상상태에 이르도록 한다.
⑥ 냉수 유동제어 밸브를 열고, 온수 유량을 설정한 뒤 온도와 유량이 정상상태에 이르도록 한다.
⑦ 냉수, 온수의 온도 및 유량을 측정한다.
⑧ 향류 실험에서 병류 실험으로, 또는 병류 실험에서 향류 실험으로 변경할 때에는 냉수온도의
부분(C1,C2,C3)이 온도를 최대한 떨어뜨린 후 온도의 변화가 거의 없을때, 그때부터 실험을 시작한다.
6) 실험 주의사항
① 병류, 향류의 밸브 개폐방법을 완전 숙지하여 오차를 최소화 한다.
② 가열된 물이 관에 흐를 때 데일수 있으므로 조심한다.
③ 실험중 이상이 발생하면 즉시 담당 조교에게 보고한다.
④ 실험이 끝나면 밸브와 전원스위치를 끄고 정리한다.
3. 실험결과
가. 계산과정
열교환기의 고전적 해석 방법은 대수평균온도차법(Log Mean Temperature Difference
Method)과 -NTU법이 있다. 이 실험에서는 가장 간단한 LMTD법으로 해석하여 실험조건의
변화에 따른 결과값을 비교, 분석한다.
1) 대수평균온도차법 :
2) -NTU
LMTD 와는 반대로 열교환기의 형식과 치수가 제시되어져 있고, 주어진 유량과
입구온도들에 대해 열전달률과 출구온도들을 결정하는 것이 목적인 경우 LMTD
법을 사용하면 온도(T)와 q값(고온유체와 저온유체 사이의 총열전달률)과의
관계를 계속 반복해서 풀어나 가야하는데 이것은 매우 번거로운 일로서 NTU법을
사용하면 이런 반복적인 과정을 피할수 있다.
2) 총열전달계수
온수가 잃은 열량(입력) = mhCph × (Th1-Th2) [W]
냉수가 얻은 열량(출력) = mCCpc × (Tc1-Tc2) [W]
mh = 뜨거운 유체의 유량, mc = 차가운 유체의 유량
Cph = 뜨거운 유체의 비열, Cpc = 찬 유체의 비열, 하첨자의 1 : 관입구부, 하첨자 2 : 관출구부 ∴
(), A = 0.067m2
나. 실험결과(Data Sheet)
4. 분석 및 고찰
같은 온도에서 각각 병류와 향류 흐름을 적용하여 나온 실험값을 통해 효율성을 비교하여 보았다. 병류에서의 평균 효율성은 88.2%이였고, 향류에서의 평균 효율성은 80.9% 이었다.
병류와 향류를 비교하여 놓은 이론들에 따르면 따뜻한 물과 차가운 물이 같은 방향으로 흐르는 병류보다 서로 반대방향으로 흐르는 향류가 효율성이 좋다고 쓰여져 있다. 하지만 위에 나온 %값이나 그래프를 보면 알수 있듯이 우리 실험에서는 향류보다는 병류의 효율성이 더 좋다는 결과가 나왔다. 그 이유는 우리가 실험하기 위해 사용한 이중관 열교환기의 물 가열 탱크의 크기가 10L로 물의 온도를 계속 유지하기에 적은 감이 있었기 때문으로 보인다.
유량의 이론값은 같은 따뜻한 물의 유량에서는 차가운 물의 유량이 높을수록, 차가운 물의 유량에서는 따뜻한 물의 유량이 높을수록 열전달계수가 높다. 하지만 우리 실험 내에서는 데이터를 보면 알 수 있듯이 유량에 크게 영향 받지 않은 것처럼 보인다. 이 이유는 병류에서 향류로 바꿀 때처럼 열교환으로 인해 높아져 있는 차가운 물의 관들의 온도들을 낮추어 서로 차이가 나지 않을 때까지 맞추지 않고 바로 유량을 바꾸었기 때문으로 보인다.
전체적으로 이론값과 실제 실험값의 오차가 컸다는 것을 분석을 통해 알 수 있었다. 그 이유는 이론값은 닫힌계 안에서 실험한 값을 칭하는데 이번 실험에서는 공기에 이중관이 노출되어 따뜻한 물과 차가운 물 사이의 열교환 뿐만 아니라 공기
와의 열교환도 발생했기 때문에 오차가 나타난 것으로 보인다.
5. 보고사항
1) T, A, Q, U를 [M], [L], [S], [T]의 차원을 이용하여 해석하라.
T = [T] Q =
A = U =
2) 이 실험에서 효율이 가장 좋은 때의 열교환은 몇 % 인가?
95%
7. 참고문헌
1) sogoa of korea home page, http://www.sogoa1.com/, (2011.03.17)
2) 화학공학실험 Ⅲ, 공주대학교 공과대학 화학공학부, 2004, p. 6~8.
3) Smith, J.C and Harriett, P, 이화영 전해수 조영일, McGrawHill, Unit Operations of
Chemical Engineering(단위조작), 6th Edition, McCabe, W.L,
4) 응용화공기초실험 1, 전남대학교 공과대학 응용화학공학부, 2011. p34~41
5) 위키백과, http://ko.wikipedia.org/wiki/, (2011.03.18)

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