[실험보고서] 열교환기 최종보고서

소개글

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목차

1. 실험목적
2. 열교환기란?
3. 열교환기의 종류
　(1) 원통 다관식(Shell & Tube) 열교환기
　(2) 코일식 열교환기
　(3) 평판형(Plate Type) 열교환기
　(4) 이중관식 열교환기
4. 향류흐름(counter flow)과 병류흐름(parallel flow)
　(1) 향류흐름(counter flow)이란?
　(2) 병류흐름(parallel flow)이란?
5. 총괄 열전달 계수(U)
　(1) 열교환량 Q와 총괄 열전달 계수 U사이의 관계를 이용한 식
　(2) 개별 계수로부터 총괄 열전달 계수 계산
6. 실험방법
7. 실험시 주의사항
8. 실험결과
9. 실험결과
10. 오차의 원인

본문내용

또는 납땜에 의해 일체형으로 제작된 것은 온도의 제한이 완화 되지만 전열면의 점검이나 청소가 불가능 하므로 부식성이 있거나 오염이 심한 유체에는 사용이 불가능하다.
(4) 이중관식 열교환기
외관 속에 전열관을 동심원상태로 삽입하여
전열관내 및 외관동체의 환상부에 각각 유체
를 흘려서 열교환을 시키는 구조이다.
구조는 비교적 간단하며 다른 열교환기에 비해
상대적으로 가격도 저렴하고 전열 면적을 증가
시키기 위해 직렬 또는 병렬로 같은 치수의 것
을 쉽게 연결시킬 수 있다. 하지만 전열면적이
증대됨에 따라 다관식에 비해 전열면적당 소요
용적이 커지며 그렇게 되면 가격도 비싸지게 되므로 전열면적이 20㎡ 이하의 것에 많이 사용된다.
4. 향류흐름(counter flow)과 병류흐름(parallel flow)
(1) 향류흐름(counter flow)이란?
이중관식 열교환기의 원리에 의해 교환기의 양쪽 끝에서 두 유체가 들어가 그 장치 내 에서 서로 반대방향으로 통과되어지는 것을 향류라 한다.
(2) 병류흐름(parallel flow)이란?
향류흐름과 반대로 두 유체가 교환기의 같은 끝부분에서 들어가고, 그 흐름이 같은 방 향으로 통과되어지는 것을 병류라 한다.
5. 총괄 열전달 계수(U)
(1) 열교환량 Q와 총괄 열전달 계수 U사이의 관계를 이용한 식
● 이중관식 열교환기에서 열교환량 Q와 총괄 열전달 계수 U사이에 다음의 관계가 성립 한다.
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ⓐ
▶ LMTD(log mean temperature difference) : 로그 평균 온도차
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ⓑ
: 유입되는 두 유체 사이의 온도차
: 유출되는 두 유체 사이의 온도차
▶ 대수 평균면적 A
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ⓒ
L : 전열길이(혹은 접촉길이)
: 튜브의 직경
: 튜브의 내경
▶ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ⓓ
: 냉수의 질량 유속
: 냉수의 평균 온도에서의 비열
: 냉수의 튜브 양쪽 끝에서의 온도차이
∴ ⓑ식에 의해 얻어진 LMTD값과 ⓒ식에 의해 얻어진 A값, 그리고 ⓓ식에 의해 얻어진 Q값을 ⓐ식에 대입하여 총괄 열전달 계수 U의 값을 구할 수 있다.
(2) 개별 계수로부터 총괄 열전달 계수 계산
● 이중관식 열교환기에 있어서 총괄 열전달 계수는 다음과 같다.
(외관을 기준으로 한 총괄 열전달 계수 )
(내관을 기준으로 한 총괄 열전달 계수 )
∴
: 튜브의 직경 : 튜브 안쪽에서의 열전달 계수
: 튜브의 내경 : 튜브 바깥쪽에서의 열전달 계수
: 튜브의 대수평균직경 : 튜브의 열전도도
: 튜브의 두께
※ 불결계수(F)는 실험에서 쓰이는 증류수의 경우 극히 적은 양이므로 무시한다.
유체
F ()
해수
0.000088
증류수
0.000088
엔진 냉각수
0.00018
큰호수
0.00018
보일러 블로우다운
0.00035
소금기가 있는 물
0.00035
강물
0.00036
단위 불결저항 (또는 불결계수) F
6. 실험방법
Ⅰ. 보일러를 작동시켜 온수온도를 70℃로 맞춰 놓는다.
(∵ 실험도중 열손실을 최소화하기 위해서이다.)
Ⅱ. 향류흐름(counter flow)일 때의 열전달 측정
㉠. 파이프의 밸브를 향류로 놓고 온수의 유량을 1.8 L/min로 유 지 시킨다.
㉡. 냉수의 유량을 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0 L/min로 흘려보내 정 상상태에 도달하면 그때의 입출구 온도를 측정한다.
㉢. Ⅰ-㉠단계의 온수의 유량을 3.0 L/min로 유지 시킨 후 Ⅱ-㉡ 단계를 반복한다.
Ⅲ. 병류흐름(parallel flow)일 때의 열전달 측정
㉠. 파이프의 밸브를 병류 놓고 온수의 유량을 1.8 L/min로 유지 시킨다.
㉡. 냉수의 유량을 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0 L/min로 흘려보내 정상상태에 도달하면 그때의 입출구 온도를 측정한다.
㉢. Ⅲ-㉠단계의 온수의 유량을 3.0 L/min로 유지 시킨후 Ⅲ-㉡ 단계를 반복한다.
7. 실험시 주의사항
▶ 실험 중간에 온수의 온도가 떨어지지 않도록 보일러를 지속적으 로 가동시켜 준다.
▶ 실험이 끝나면 히터를 먼저 끄고 펌프는 조금 더 돌려준다.
▶ 실험이 끝난 후 물을 빼고자 할 때에는 POWER 스위치를 내린 후 배수한다.
▶ 실험기자재를 함부로 다루지 않을 것.
8. 실험결과
▶ 향류(counter flow)
▶ 병류(parallel flow)
▶ 열교환량 Q의 계산 (향류흐름의 첫 번째 값 기준)
▶ 로그평균온도차 (향류흐름의 첫 번째 값 기준)
▶ 대수 평균면적
▶ 위의 식들을 다음의 식에 대입하면 총괄 열전달 계수의 값이 유도 된다.
9. 실험결과
▶ 위의 그래프에서 알 수 있듯이 병류일때가 향류 일때 보다 열전 달 계수가 높음을 알 수 있었다.
▶ 일정유량의 온수일 경우에는 냉수의 유량이 클수록 열전달 계수 가 높음을 알 수 있었다.
▶ 그리고 냉수의 유량이 일정할 경우에는 온수의 유량이 클수록 열전달 계수가 높음을 알 수 있었다.
∴ 온수의 유속을 일정하게 하였을 경우 향류와 병류로 흐름을 달리 하였을 때 향류의 경우보다 병류일 때 열 교환이 잘 일어남을 알 수 있다. 이것으로 봐서 병류의 열전달 효율이 향류보다 큼을 알 수가 있다. 그 이유는 병류가 향류보다 온도차가 많이 나기 때문 인 것 같다. 또 온수의 유량이 일정할 때 냉수의 유량이 증가할수 록 열 교환이 잘 일어남을 알 수 있었다. 또 온수의 유량이 증가 할수록 열 교환이 잘 일어남을 날 수 있었다.
이를 토대로 하여 향류보다는 병류를 사용하고, 온수의 유량과 냉수의 유량을 높게 할 경우 열효율이 높음을 알 수 있다.
10. 오차의 원인
이번 실험의 결과값이 일정한 규칙을 가지지 않고 오르락 내리락
한것을 실험결과로 부터 볼 수 있었다.
그 원인을 다음의 오차로 생각하였다.
첫째, 냉수의 부피유속이 일정하지 않았다.
(온수의 경우는 펌프를 통해서 일정한 유속을 유지시켜 주지만 냉수의 경우는 수도꼭지에서 바로 흘러나오는 물이었으므로 무시하지 못할만틈 큰 변화가 있었다.)
둘째, 향류흐름에서 냉수의 출구온도를 잴 수가 없었다.
(그 이유는 실험실의 열교환기 온도계가 설계도대로 배치되어 있지 않았기

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