[열역학] 이중관 열교환기 성능 실험

소개글

[열역학] 이중관 열교환기 성능 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

<1. 서 론 >
1. 실험 목적
2. 실험 기초 이론

< 2. 본 론 >
1. 실험장치 및 준비물
2. 실험 방법
3. 실험순서 및 주의 사항

<실험 결과 >
실험. 열교환기 성능 실험

본문내용

알수있으며또한저온유체의유량의변화보다는고온유체의유량의변화가더영향을미치는것을알수있다．즉총괄열전달계수의값과유체의유량과의관계는비례적인관계를가지며향류보다병류의경우가크다．
이 실험을하면서오차가발생하게이유를생각하여보면，실험할때실험장치에서유량을측정하는부분에서맥동현상이일어났다. 그리고 저온유체의 경우보다 고온유체의 경우 맥동현상으로 인한 눈으로 실험데이터를 읽는데 있어서의 오차가 실험에 더 큰 영향을 주었을 것이다. 온도의 차를 산술평균온도차가 아닌 미소길이에 대한 에너지균형을 고려한 값인 대수평균온도차를 사용하여 계산하였지만 이 실험장치에 정확히 적용될수 있다고 볼 수는 없을 것 같다. 이렇게 실험식이 아닌 이론식을 가지고 계산 값이므로 오차가 발생할 수 있다. 또한 유량의 손실관누수 또는 관내의 유동흐름이 완전 발달된 정상흐름이 되지 못한 채 온도가 조금씩 계속 변동되는 상태에서 측정하여 정확한 온도를 측정하였다고 볼 수 없다.
이 실험을 통해 열교환기의 병류형태와 향류형태의 성능과 특성에 대해서 그리고 열 교환기에 대해서 알 수 있었습니다. 앞으로 열교환기의 설계를 하게 되면 고온유체의 유량과 저온유체의 유량에 따라 열교환율등 이번 실험으로 통해 알게 된 사항을 고려해야 겠다. 그리고 열교환기의 향류와 병류의 경우 어떤 유량이 되었을 때 낮아지게 되는 것을 알게 되었는데 이것을 보다 정확하게 어떤 상황이 되면 그렇게 되는지에 대해서 실험을 해보고 싶은 생각이 든다.
[참고문헌]
① 실용 열역학 (전철호교수님외 2명), 보성각
② 열전달 (김시범교수님외 5명-공역)
③ 모던 유체역학 ( 서이수교수님외 6명), 동명사
<실험 결과 >
1. 열교환기 종류
1-1 Fixed Tubesheet type 열교환기
관판(Tube Sheet)이 통(Shell)에 고정되어 있는 형태의 열교환기로서 Shell과 관다발(Tube bundle)의 분리가 불가능해, 관 외벽 또는 통 내부의 청소가 어려움으로 통측은 깨끗한 유체를 취급하는 것이 이상적이다.
또한 두 유체(통측과 관측)간 온도차가 클 때, 관이 선(길이)방향으로 팽창하는데 비례해서 통이 팽창하지 못하면, 관판에 심한 응력 발생되므로 온도차가 100℃ 이하에서 사용되며,이를 보완하기 위해 통측에 팽창 이음새(Expansion Joint)를 설치하기도 하는데 이는 근본적인 대책이 되지 못한다. 다만, 고정관판형 열교환기는 다른 통관형 열교환기에 비해 구조가 비교적 단순하므로 제작비 측면만 고려한다면 가장 경제적이라고 할 수 있다.
1-2 U-type 열교환기
일명 머리핀형이라고 부르기도 하며 관다발의 뒤쪽부위가 U-Bending되어 있어 관이 팽창하더라도 통 내에서 움직일 수 있는 공간이 확보되어 있으므로 두 유체간 온도차가 클 경우에 사용 가능한다.
관다발을 통과 분리할 수 있으므로 통측 및 관측 모두 청소가 용이한다.
관측 유체의 입/출구가 관판 쪽에 있는 것이 특징이며,관다발의 Bending(휘어지는 부분)때문에 진동 발생 가능성과 함께 Bending부위에서는 유속의 증가로 인해 마손이 발생되므로 두꺼운 Tube (즉, Gauge No. 수치가 작은 것)를 사용해야 하는 단점이 있다.
3-3 Floating Head Type 열교환기
한쪽 관판만 통(Shell)에 고정되어 있고 반대쪽 관판(Floating Tubesheet) 은 통 내부에서 관의 길이방향으로 움직일 수 있으므로 열팽창에 대해 자유로우며, 관다발을 통과 분리할 수 있어 관측 및 통측 모두 청소가 용이 합니다.
설계조건 및 운전조건에 가장 융통성이 크지만 구조가 복잡하고 제작비가 높은 단점을 가지고 있습니다
3-4 Kettle Type
Kettle Type은 Shell Side에서 비등(Boiling)이 일어나는 경우에 사용하는 데, 구조가 가장 간단하고 손쉽게 값싼 증기를 얻을 수 있어 Reboiler로서 널리 사용된다.
Bundle은 U-Tube, Floating Type, Fixed Type 모두 사용하며, Shell Side에 증발이 잘 일어나고 또한 액체와 기체의 분리가 잘 일어 나도록 증기실이 있습니다.
3-5 Double Pipe Heat Exchanger (이중관식 열교환기)
이 Type의 열교환기는 구조가 간단하고 배관용 관이 일반적으로 사용되므로 가격도 비교적 싸다. 비교적 적은 전열 면적(20m2이하)을 요구할 경우 적용하며 또한 30kg/cm2 이상의 고압의 경우처럼 이점이 있을 경우에 사용하며, 머리 핀처럼 생겼다 해서 Hair Fin Type이라고도 한다. 사용되는 Type은 Fin이 없는 Bare Tube Type과 Low Fin Tube Type이 있습니다. 유체가 부식성이 없고 깨끗한 유체일 경우 열전달 면적이 큰 Low Fin Tube를 사용하는 좋다.
3-6 Air Cooled Exchanger
냉각수 대신에 공기를 냉각유체로 하며, Fan을 이용하여 공기를 강제통풍시켜 내부유체를 냉각시키는 열교환기로 Fan이 Tube 아래에 설치되어 공기를 삽입시키는 삽입통풍식(Forced Draft)과 Fan이 Tube 위에 설치되어 공기를 흡입하는 흡입통풍식(Induced Draft)이 있다.
공냉식 열교환기는 냉각수가 필요 없다는 장점이 있지만 넓은 설치 면적이 필요하고 건설비가 비싸며, Tube 에서의 누출발견이 어렵고 교체작업이 어렵다는 단점이 있다.
3-7 Plate type Exchanger
Plate Type은 2개의 사각 Head Plate 중 하나는 고정되어 있고 다른 하나는 이동이 가능하도록 되어 있습니다. 또한 중간에는 얇고 주름진 여러 장의 전열판(Plate)이 겹쳐져 있으며 전열판과 전열판 사이에는뜨거운 유체와 찬 유체가 교대로 흐르도록 되어 있는 구조의 열교환기이다.
주요 구조는 Frame, 전열 Plate, Tie Bolts이며, 하나의 Frame에 여러 개의 Plate로 구성되어, Plate와 Plate 사이에 Packing을 부착하므로써 유체의 유로를 구성하게 된다.
또한, 전열 Plate는 분해할 수 있으므로 청소 및 보존점검이 쉬울 뿐만 아니라 전열 Plate 매수를 가감함으로써 용량을 조절할 수 있다.

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