2.열전도도 예비+결과보고서

소개글

2.열전도도 예비+결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

구하기 (접촉 열저항 무시)
※ Fourier law
실험은 완전한 정상상태를 유지하기 어려워 q값이 일정하지 않았기 때문에 실린더 아래쪽에서 손실된 열까지 모두 고려하고 기기에서 제공하는 구리의 k값이 어느 온도에 대한 값인지 모른다. 따라서 각 구간 q값의 평균값을 사용하였다.
구간
T1~T2
T2~T3
T3~T4
T5~T6
T7~T8
T8~T9
T9~T10
q[W]
34.77
38.07
36.61
35.93
32.80
31.74
37.49
아래의 식은 1차원 정상상태에서 열전도만을 고려하여 q값은 구리 미지금속1,미지금속2 모두 일정하다.
또한 접촉열저항은 없다고 가정한다.
미지금속 1에 대하여 식을 정리하면
이 되고 위에서 구한 값들을 대입한다.
마찬가지로 미지금속 2에 대하여 식을 정리하면
이 되고 위에서 구한 값들을 대입한다.
열손실() 구하기 (접촉 열저항 고려)
위 구간에서 구리와 미지금속의 접촉한 부분에서 접촉열저항이 발생한다. 그 이유는 두 금속이 접착하는 두 평면이 모두 매끈하게 존재하지 않기 때문이다. 표면의 roughness로 인해서 열저항이 생기는데 이 표면과 표면 사이에 미세한 틈 부분에서 대류와 전도에 의해 온도강하가 일어난다. 다음은 열손실을 계산하는 식이다.
접촉 열저항을 고려하여 q를 구하면 다음과 같다.
구리의
미지시료1,2의
열전도도
-첫 번째 미지시료의 k값
→
만약 를 35.34W , 를 1900으로 둔다면 의 값은 7.21가 된다.
에 오차율 10%를 적용하여 을 구해보면 6.63~8.06의 값을 나타낸다.
-두 번째 미지시료의 k값
→
만약 를 35.34W , 를 2500으로 둔다면 의 값은 4.89가 된다.
에 오차율 15%를 적용하여 을 구해보면 4.34~5.91의 값을 나타낸다
전력을 이용하여 Data처리
전력을 이용하려면 먼저 모든 전기에너지가 열에너지로 전환된다는 가정을 한 후 구해야한다.
위의 가정에 의하여 를 통하여 q 값을 구할 수 있다.
접촉 열저항 무시
- k값 계산
접촉 열저항 고려
→
만약 를 176W , 를 1900으로 둔다면 의 값은 -7.8908가 된다.
에 오차율 10%를 적용하여 을 구해보면 -8.71~-7.07의 값을 나타낸다.
→
만약 를 176W , 를 2500으로 둔다면 의 값은 -6.6215가 된다.
에 오차율 15%를 적용하여 을 구해보면 -8.00~-5.37의 값을 나타낸다.
냉각수의 온도변화를 이용하여 Data처리
※열이 전도 될 시 전도되는 열의 양과 냉각수가 얻은 열의 양이 같다고 할 때, 즉 손실되는 열의 양이 없다는 가정을 할 시 냉각수가 흐르는 동안 변한 온도를 통하여 열전도율을 얻을 수 있다.
유량 : 1.5
13.6
14.0
13.6~14.0 의 물의 밀도 0.996 라고 가정
접촉 열저항 무시
-k값 계산.
접촉 열저항 고려
→
만약 를 41.63W , 를 1900으로 둔다면 의 값은 11.2949가 된다.
에 오차율 10%를 적용하여 을 구해보면 9.95~13.53의 값을 나타낸다.
→
만약 를 41.63W , 를 2500으로 둔다면 의 값은 7.2864가 된다.
에 오차율 15%를 적용하여 을 구해보면 6.12~9.81의 값을 나타낸다.
접촉열저항
[W]
1-D , steady-state
무시
35.34
3.8175
2.5367
고려
35.34
6.63~8.06
4.43~5.91
전력
무시
176
19.012
12.633
고려
176
-8.71~-7.07
-8.00~-5.37
냉각수
무시
41.63
4.4970
2.9882
고려
41.63
9.95~13.53
6.12~9.81
3. 결과 분석
1) T4와 T5, T6와 T7 사이에서 급격한 온도강하가 일어났다. 이는 미지시료의 열전도도가 구리보다 작기 때문에 일어난 현상으로 볼 수 있다.
2) 전력으로 구한 q값이 다른 두 값과 매우 큰 차이를 보이고 있다.
전력으로 구한 q의 신뢰도를 판단하기 위해 열원과 가장 가까운 온도센서 T1과 T2의 값을 이용해 구리의 열전도도를 구해보았다.
식에 대입하면
()
이 결과는 구리의 열전도도 문헌 값인과 차이가 상당히 크고 미지시료를 계산한 다른 두 계산 값들과도 차이가 상당히 큰 점을 고려하여 이후 미지시료를 추정하는 과정에서 전력은 제외하였다.
3) 열전달률 q를 구하는 방법은 Fourier\'s law를 이용한 방법이 가장 정확한 편임을 알 수 있다.
Fourier\'s law이 몇가지 가정사항이 있긴 하지만, 에서 를 제외한 값을 모두 문헌값을 이용하였기 때문이다.
4) 냉각수와 Fourier\'s law를 이용한 계산 결과를 이용하여 미지시료를 추정한다.
시료1 평균온도 : (=344.38K)
접촉열저항
평균
미지시료1
평균
미지시료2
1-D (st.st)
무시
3.8175
Selenium
or Tellurium
2.5367
PTFE
고려
6.63~8.06
Mercury
4.43~5.91
Selenium
or
Tellurium
냉각수
무시
4.4970
Selenium
or
Tellurium
2.9882
Selenium
or
Tellurium
고려
9.95~13.53
Hastelloy
6.12~9.81
Mercury
시료2 평균온도 : (=315.257K)
4. 토의, 결론
※ 토의 - 오차 원인 분석
1) 완벽하게 단열시키는 것이 불가능하다.
실험을 통해 계산을 수행할 때는 3차원인 원통형 계가 단열조건에서 정상상태일 때 r,방향으로 온도구배가 없다는
가정 하에 z축 방향으로의 1차원 열전도만 있다고 가정한다.
완전히 단열이 되지 않았을 경우에 r,방향으로의 온도구배가 생길 것이고 이는 구리 및 시편의 열전도도 측정 값에 오
차가 생겼을 것이다. 또한 열원의 윗부분에 손을 가져갔을 때 뜨거운 열기가 느껴졌기 때문에 열원의 열에너지가 완전
히 열전도체로 전달되지 않고 외부로 나오는 것을 알 수 있었다.
2) 열전도도의 온도의존성
열전도도는 온도에 의존하는 함수이지만 정상상태에서 열전도체(구리+시편)의 모든 부분에서 열전달률을 정확하게 알 수는 없다. 그러나 실험온도 범위 내에서의 구리의 열전달률의 차이는 작고, 각 구간 q값의 평균값을 사용하였기

키워드

화학공학실험,   화학공학,   화공실,   실험,   종말속도,   유출,   유체마찰,   열전도도,   단증류,   와류