열전도도 실험 & 열전달계수 측정실험 결과

소개글

열전도도 실험 & 열전달계수 측정실험 결과에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 제목

2. 실험 방법

3. 실험 결과

4. 고찰

본문내용

kcal/m.hr.℃
이론값
실험값
1회차(100℃)
14.6kcal/m.hr.℃
2.44 kcal/m.hr.℃
2회차(100℃)
14.6kcal/m.hr.℃
2.44 kcal/m.hr.℃
3회차(200℃)
15.1kcal/m.hr.℃
2.82 kcal/m.hr.℃
오차
실험1,2 - 100℃일때의 오차
실험3 - 200℃일때 오차
열전도도실험의 그래프
-향류와 병류 열전달계수 구하기
이중열교환기 Data
Hot유량 = 33.33g/sec, cool유량 10g/sec
h = , U = 두 식을 이용한다.
A-type (병류)
Hot 6.33℃
Cool 12.80℃
Hot 276.64 cal/se
Cool 280 cal/sec
Hot 1674.44 cal/sec℃
Cool 683.60 cal/sec℃
485.42 cal/sec℃
B-type (향류)
Hot 6.92℃
Cool 14.55℃
Hot 323.30 cal/sec
Cool 306 cal/sec
Hot 1790.03 cal/sec℃
Cool 657.22 cal/sec℃
480.72 cal/sec℃
향류와 병류의 온도변화 그래프
4. 고찰
- 열전도도 실험
이번 실험은 정상상태인 계에서 일정한 거리마다 온도를 측정하여 그 온도차로 열전도도를 구하는 실험이였다. 열전도도를 알고 있는 기준통(구리)과 미지 시료(sus304)를 정상열회로에서 온도차를 측정하여 미지 시료의 열전도도를 알아내는 실험이었다.
오차의 원인
i) 정상상태 조건 - 계산과정에서 정상상태라고 가정하고 heat flux가 같다고 가정하고 값들을 계산하였는데, 이번 실험은 정확하게 정상상태를 유지되었다고는 볼 수가 없다.
ii) 단열이 완벽히 되지 않았다. 구리와 스테인리스 스틸부분을 단열재로 단열시켰지만 그 내부를 완전하게 단열할 수 없었을 것이다. - 실험장치 위에 손을 가만히 얹어보니 뜨겁진 않지만 따듯한 기운을 느낄 수 있었다.
iii) 열전도도는 온도의 함수이므로 주어진 구리의 열전도도가 정확한 값이 아니다. - 좁은 범위의 온도에서 는 일정하다고 생각할 수 있으나 큰 온도구간에서 는 다음 형태의 식에 의해 추정할 수 있다.
(a와 b는 실험상수)
iv), 값이 측정을 통해 얻은 값이 아니라, graph상에서 외삽에 의해 구한 값이기 때문에 정확한 값이라고 할 수 없고, 동시에 λ값 역시 차이가 있을 수 있다.
실험 결과를 보면 기준통의 온도강하()는 각 구간에서 거의 일정하다. 각 구간의 온도차가 조금씩 차이나는 이유는 각 구간에서의 접촉저항 때문이라고 생각된다. 그리고 실험값과 표준값의 차이는 접촉저항에 따른 온도차를 생각해서 보정하지 않은 값으로는 , 는 , 의 온도사이에 시편의 열전도도가 나타낸 값이므로 보정에 의해 최종적인 계산값 λ의 값과 차이가 있다. 접촉저항의 보정이 필요한 이유는 통상적으로 실험에 다르며 접촉표면에 예외 없이 온도가 떨어지기 때문이다
실험 1, 2와 실험 3에 있어서 값이 차이가 조금 난다. 여기서 값이 조금씩 차이가 나는 이유를 생각해보면 푸리에법칙에서 찾을 수가 있다. 푸리에법칙은 가 온도구배에는 무관하지만 온도 자체에는 꼭 무관하지 않다는 것을 나타낸다. 보통은 값이 일정하다고 보지만 즉, 좁은 범위의 온도에서 는 일정하다고 생각할 수 있으나 큰 온도구간에서 는 온도의 함수라 생각할 수 있다. (, a와 b는 실험상수)
실험을 통해서 계산된 (SUS304)시료가 구리(Cu)보다 열전도도가 훨씬 작은 것을 알 수가 있었다.
이번 실험을 통해 고체의 열전도도를 측정하고 열전도에 대한 이론에 대해 정확히 이해할 수 있었다. 그리고 열전도가 일어날 때 얼만큼 열손실이 일어나는가, 보온, 보냉을 위해 어떤 재료를 선택해야 할 것 인가에 대해서도 생각해 볼 수 있었다. 그리고 이러한 값들은 재료의 열전도도와 관계한다는 사실을 알게 되었다.
- 열전달계수 측정 실험
이번 실험은 이중관 열교환기에서 일어나는 높은 온도의 물체와 낮은 온도의 물체가 서로 열을 교환하면서 생기는 열손실량과, 열전달계수를 측정하는 실험이었다. 그리고 병류와 향류 흐름의 각각의 경우 일어나는 열교환에 관한 여러 특성과 총괄열전달계수 개념과 간단한 열교환기의 기초지식에 대하여 이해하는 실험이었다.
실험영향을 미칠 수 있는 요인
i) 정상상태 조건 - 완벽하게 질량유량 일정하게 유지할 수 없었을 것이다.
ii) 온도의 변화에 따른 유체의 성질의 변화 - 입구나 출구에서의 온도나 속도 등 유체의 성질들 같다고 가정하고 열전달계수를 구좝였다. 유체의 비열, 밀도, 점도등은 잘 알다싶이 온도의 함수이다. 하지만 이번 실험에서는 상수로 취급하였다.
iii) 열교환기의 외부 표면은 완전하게 단열되어 있다고 가정하였다. - 단열재 부분을 손으로 만져보았을 때 따뜻한 기운을 느낄 수 있었다. 그리고 꺽이는 부분이 평평한 부분보다 좀 더 따뜻하다는 것을 알 수 있었다. 이것은 열이 외부로 방출된다고 생각할 수 있다.
이번 실험은 별 어려움이 없었다. 향류, 병류의 스위치를 맞춰 놓고 정상상태에 도달할 때까지 기다린 후 각 부분의 온도를 측정해 향류 병류에서의 열전달계수를 측정하였다.
이번실험을 통해 이중관 열교환기에서의 향류와 병류의 개념을 좀 더 정확히 알 수 있었다. 이번학기 열전달 시간에 책으로만 배운 내용을 실제 실험을 통해서 깊이 이해할 수 있엇다. 병류는 뜨거운 유체와 차가운 유체가 교환기의 같은쪽에서 들어가서 같은 방향으로 흐른다. 향류는 뜨거운 유체와 차가운 유체가 교환기의 같은 쪽에서 들어가서 다른 방향으로 흐르는 것을 말한다.
그리고 대수평균온도차의 개념 또한 잘 알 수 있었다. 실험을 하기 전에는 대수평균온도차의 개념을 잘을 이해할 수 없었으나 이번 실험을 통해 정확히 알 수 있었다. 대수평균 온도차란 그 유체들을 모두 섞어 평균온도차를 말한다.
마지막으로 유체의 열전달에 있어서 열전달계수라는 개념을 통해 유체의 열전달 현상을 이해할 수 있었고 이중관 열교환기의 작동방법과 원리에 대해 이해할 수 있었다. 실제 열교환기는 이렇게 간단하지 않고 수 많은 관과 병류 향류등이 교차하는 사실도 알게 되었다.

키워드

열전도도,   결과,   열전달,   측정값,   열흐름,   고찰