열유체공학실험：전도 열전달 실험(수정)

소개글

열유체공학실험：전도 열전달 실험(수정)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목 차

1. 실험목적

2. 이론적 배경

3. 실험관련이론

4. 실험장치

5. 실험방법

6. 실험결과 및 고찰

6.1 실험결과

6.2 고찰

7. 결론

8. 참고문헌

본문내용

을 기록한다.
② 전원을 110V 60Hz에 연결한 후 ON을 한다.
③ 온도를 서서히 올려 일정한 열류가 같은 밀도로 흐를 수 있도록 조절한다. (만약 150℃에서 실험을 행할 경우 50℃에서 2분, 100℃에서 2분, 150℃에서 2분을 한다.)
④ 정상상태에 완전히 도달한 후 절환온도 지시계로서 작점의 온도를 측정한다.
⑤ 측정치에 의하여 다음 계산식에 대입하여 의 값을 구한다.
⑥ 절환온도 지시계에 의한 온도측정은 Setting Temp. 100℃, 130℃, 160℃, 190℃에서 각각 5회 측정하여 그 평균치로 데이터를 구한다.
⑦ 측정이 완료되면 Heater의 온도를 서서히 하강시켜 온도가 50℃이하가 되도록 한다.(Heater의 온도가 급강하 하지 않도록 특히 주의해야 한다.)
⑧ 전원을 Off한다.
□ 주의 사항
- 측정 오차를 줄이기 위해 다음과 같은 방법들을 고려해야만 된다.
① 측정 시간을 충분히 길게 하여 정상 상태에 도달하게 한다.
② 열전대 온도계를 점검하여 보정을 한다.
③ 열전대를 사용할 때 단자 접속을 확실히 해야 한다.
④ 열전대를 정확히 설치하고 조심스럽게 온도 메타를 돌린다.
⑤ 열전대와 터미널의 연결을 점검한다.
⑥ 표준 실린더와 시험편의 표면은 깨끗하고 매끄럽게 다듬어서 접촉이 잘되도록 해야 한다. 접촉면이 잘 붙게 하기 위해서 알루미늄 분말이나 구리 분말 또는 알루미늄 호일 등을 사용한다.
⑦ 표준 실린더와 시험편을 정확하게 조립하고 나서 조절나사를 꽉 조여 절연재료가 플랜지에 밀착되도록 한다.
□ 실험 후의 뒤처리
① 동파를 방지하기 위하여 밸브를 열고 배수를 하고 밑 부분의 밸브를 열어 계기 부분의 물도 완전 배수한다.
② 뜨거운 물탱크와 찬 물탱크를 비운다.
③ 전원장치의 전원이 오프(off)상태에 있는지 확인한다.
④ 열전대 용접기의 뾰족한 접합부에 붙어 있는 이물질을 완전히 제거하여 다음 실험에 지장이 없도록 깨끗이 청소하여 둔다.
6. 실험결과 및 고찰
6.1 실험결과
□ 실험 장치 사양
구리
임의의 물질
직경
길이
열전도율
초기 온도
유량
□ Thermocouple의 거리
□ 실험 결과
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9
t10
1
78
76
72
70
55
53
38
36
33
30
2
78
76
72
70
56
53
37
35
33
30
평균
78
76
72
70
55.5
53
37.5
35.5
33
30
먼저 표준실린더와 시험편의 넓이가 같으므로 열유속을 구하는데
t1∼t4구간을 보면
로 열유속을 구할 수 있다.
이 식을 주어진 식에 대입하여 계산하면
앞서 나온 실험 결과 값에 따라 계산을 하면 열전도도가 음수로 계산되는데 열전도도가 음수인 물질은 존재하지 않으므로 실험의 오차라고 생각하고 t4∼t5구간에 있는 두께인 시험편의 전도도를 기준으로 비례식으로 환산하여 다시 계산을 한다.
이므로
두께인 시험편에서 온도차이므로
두께인 시험편에서 온도차라고 하고
이 식으로 계산하면
으로 나온다. 이 때 두께시험편의 온도차를 기준으로 비례식으로 환산하였으므로 두께시험편의 평균온도를 구하면
그리고 물성치 표에 있는 데이터를 이용해 이 온도의 열전도도로 보간해보면
로 Inconel X-750, Thorium dioxide, Titanium dioxide 이 세 물질이 실험 결과 값으로 구한 에 가장 가깝게 나왔다.
6.2 고찰
먼저 처음 실험 결과 값으로 구한 열전도도가 음수로 나온 이유를 보면 실험에서 각 열전대의 온도를 측정할 때 두께의 시험편이 포함된 구간에서의 온도강하보다 두께의 시험편이 포함된 구간에서의 온도강하가 더 크게 측정된 것이 원인으로 판단된다.
첫 번째 예상되는 원인으로는 실험을 할 때 초기온도가 로 설정되어 있었지만 표준실린더로 일정한 열이 공급되지 않고 이하가 되면 열이 공급되어 최대온도 까지 상승하는 현상을 보였으며, 표준실린더의 각 위치에서 어느정도의 온도선은 유지하였겠지만 실험방법의 주의사항에 ①인 각 열전대의 온도를 측정할 때 정상상태유지를 만족하지 못했던 것으로 생각된다.
그리고 두 번째 예상되는 원인으로는 표준실린더가 단열재로 감싸였지만 완벽하게 단열이 되지 않아서 표준실린더 내에서만 전도가 이루어지지 않고 표준실린더 내에서 외부로 전도되는 열도 있기 때문에 실험의 오차가 발생되었다고 생각된다.
세 번째로 예상되는 원인으로는 두께의 시험편에서의 온도강하보다 두께의 시험편에서의 온도강하가 더 컸는데 실험에서는 열접촉저항이 두 시험편에서 같다고 가정을 하였지만 실제시험편에서의 열접촉저항이 차이가 있어서 온도강하에서 차이를 보였다고 생각된다.
다음으로 실험으로 구한 결과 값 중 두께의 시험편에서의 온도강하를 기준으로 하여 비례식에 적용하여 구한 시험편의 열전도도와 물성치 표에 있는 데이터를 비교하였을 때 값이 차이가 보였는데 이러한 차이가 발생하는 원인으로 예상되는 이유로는 단위변환을 위해 여러 상수를 곱하였는데 이러한 상수들을 곱하면서 소수점 몇 자리 이하 숫자를 반올림하여 곱하기 때문에 이러한 차이가 발생하고 또, 물성치 표에서 데이터 값을 구하기 위해서 평균온도를 구하였는데 이 평균온도가 실제 시험편에서 평균온도와 차이가 있을 것으로 생각된다. 그리고 이 평균온도에 대하여 데이터를 보간 하였는데 1차 스플라인 보간법을 사용하였기 때문에 오차가 있을 것이라고 생각된다.
7. 결론
처음에 실험으로 구한 값으로 열전도도를 구해보았지만 라는 값이 나왔다. 하지만 열전도도가 음수인 물질은 존재할 수 없으므로 실험의 오차라고 생각하고 비례식을 이용해서 다시 구해보았는데 비례식을 이용한 결과 값은 으로 나왔다. 실험의 오차를 감안하여 이 값에 가까운 열전도도를 가진 물질을 물성치 데이터 표에서 찾아보았는데 각각 열전도도가 인 Inconel X-750, 인 Thorium dioxide 그리고 인 Titanium dioxide를 찾을 수 있었고 이 세 물질 중에 하나가 시험편의 물질로 예상되어진다.
8. 참고문헌
[1] 유성연, 김경훈, 김별철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역(Yunus A, Cengel, Afshin J. Ghajar 원저), 열전달 4판, ㈜교보문고, 서울, 2012.

키워드

열유체공학실험,   기계공학,   열역학,   유체역학