[열시스템실험] 이중관식 열교환기 실험

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목차

1. 목 적

2. 이 론

3. 실험기구 및 시약

4. 실험 주의사항

5. 실험 방법

6. 실험결과

7. 관찰 및 고찰

본문내용

계산 과정
에너지 수지식 결정
향류 및 병유 흐름에 있어서의 온도 분포
대수 평균차의 개념 이해
유속과 열전달 속도와의 관계
열 손실 평가
2. 이 론
2.1 이중관 열교환기
내부관안에 한 유체가 흐르고 두 관 사이의 환상공간(annular space)에 다른 유체가 흐르면서 열교환을 하는 2중관 열교환기의 해석 방법, 즉 열전달, 표면적 및 총합열전달계수를 구하는 방법에는 대수평균온도차(LMTD:Logarithmic Mean Temperature Difference) 와 효율-NTU법(Number of Transfer Units)을 이용하는 방법이다.(준비되어 있는 실험장치는 대수평균온도차를 이용한다.)
전열면적, 유량 및 입구조건이 주어지는 경우에는 효율-NTU법을 이용하여 계산하고, 유입단, 유출단의 조건이 주어진 경우에는 LMTD방법을 이용하여 계산할 수 있다.
※참고
병류 : 서로 같은 방향으로 흐르는 흐름
향류 : 서로 반대 방향으로 흐르는 흐름
2중관 열교환기에서 단일 원관과 투관(보온관)의 모형이 그림#1과 같이 되어 있다면 이 2중관 열교환기의 내관에 고온유체를 흘리고 또 재킷 내부에 저온 유체의 병류 또는 향류가 흐를시 정상 상태대로 열교환이 이루어진다면 고온 유체가 방출하는 열량은 저온 유체가 얻는 열량과 같지 않으면 안되기 때문에 열수치를 다음식에서 얻을 수 있다.
그림1 이중관 열교환기 설명도
T1
T2
T1
T1 T2 T1
t2 T2
t1 T2
t1 t2
병류 향류
그림2 병류와 향류일때의 온도 분포
QW
고온 유체의 방출 열량 (Kcal/h)
qw
저온 유체의 흡수 열량 (Kcal/h)
T
고온 유체의 온도 (℃)
t
저온 유체의 온도 (℃)
W
고온 유체의 유량 (Kg/h)
w
저온 유체의 유량 (Kg/h)
Cp
고온 유체의 비열 (Kcal/Kg℃)
cp
저온 유체의 비열 (Kcal/Kg℃)
QW=WCp(T1-T3) (식 1)
qw=wcp(t3-t1) (식 2)
Qw=qw=q (식 3)
2.2 LMTD
병류의 경우
(식 10)
여기에서 ,
향류의 경우
(식 11)
여기에서 ,
2.3 Re수와 유량결정
Reynold\'s수에 대해서 유체의 흐름이 층류인가 난류인가를 판정 할 때에는 아래와
같은 공식을 이용하여 구한다.
2.4 이중관 열교환기 열수지
고온유체가 잃은 열량 = 저온유체가 얻은 열량
2.5 경막 전열계수
2.6 총괄 전열계수
양 유체간의 평균온도차(대수평균온도차)를Δtm이라고 하면 교환 열량 q는
다음 식으로 정의된다.
q= AΔtmU (식 4)
윗식을 변형하면
U=q/AΔtm (식 5)
여기에서
q=(QW+qw)/2 (식 6)
A=π×d×L (식 7)
또, 열저항을 고려하여 총합열전달 계수를 결정하는 식은 다음과 같다.
(식 8)
가운데 항은 무시할수 있을정도로 작은 양을 가지므로 식은 다음과 같이 된다.
(식 9)
여기서 h를 구하기 위해서는 다음과 같은식을 사용하여야 한다.
(난류)
(층류)
여기서 k및 Pr수는 온도에 따른 물성치이다.
2.7 열교환기의 효율
3. 실험기구 및 시약
이중관식 열교환기장치, 버니어캘리퍼스, 메스실린더, 초시계, 물
4.실험 주의사항
1) 보일러에 물이 없는 상태에서 전기 공급을 하지 않도록 한다.
2) 실험이 끝난 후 장치 내의 모든 물을 배출한.
3) 온수와 냉각수를 공급할 때, 병류와 향류 조작 밸브의 개폐 여부를 확인한다.
4) 펌프를 작동시키기 전에 바이패스 밸브를 열어준다.
5) 전원이 약할 경우 보일러의 온도 상승이 느리고 순환 펌프에 무리를 주어 고장의 원인이 된다.
6) 실험 시작시 온수보다 먼저 냉각수를 순환시킨다. 급격한 열팽창에 의한 장치파괴를 방 지할 수 있다.
7) 출구 열려져 있는지 확인한다. 무리한 압력으로 인하여 비닐관 파이프누수, 또는 예기치 않은 사고 방지할 수 있다.
5. 실험 방법
1) 보일러에 물 공급
보일러 하단의 배수 밸브의 호스를 상수도와 연결하여 보일러 측면의 유량계를 보면서 유량계의 3/4정도가 되 도록 물을 채운다.
2) 냉각수 공급
냉각수 밸브의 호스를 상수도와 연결한다. 열교환기의 밸브를 향류나 병류 중 한 방향으로 조작하여 놓고, 냉각수 유량 조정 밸브를 열어 서 냉각수를 순환시킨다.
3) 흐름설정
열교환기의 밸브들을 조작하여 측정하고자 하는 흐름(병류,향류)으로 냉각수의 순환 방향을 맞춘다.
4) 전원 연결 및 온도 설정
전원을 연결하고 메인 파워 스위치를 켠다. 보일러의 온도 조절기의 온도를 80℃로

키워드

이중관식 열교환기,   열교환기,   열시스템,   Re수,   LMTD,   열교환기 설계,   NTU법,   열전달