열유체공학실험 - 열전달[열전도] 실험

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목차

1.열전달의 정의

2.열전달 이론조사

3.중요금속 및 액체열전도계수 및 기타 물성치조사

4.열전도 응용분야 조사

5. 참고문헌

5.결과

6.고찰

7.하고싶은말

8.열전대조사

본문내용

에서는, 물의 흐름에서 발생하여 파이프로 전달되는 모든 열은 파이프 바깥으로 물과 함께 빠져나간다. 물은 자신이 가진 모든 열을 그대로 간직하고 있기 때문에 주변 온도로 인한 열 손실이 없다.
실제 상황에서는, 단열재를 통한 열 손실이 항상 있을 것이다. 이렇게 물이 어는 것을 막기 위하여 필요한 열을 주기 위해 요구되는 단열재의 양은 많은 요소에 좌우되어 결정될 것이다. 파이프의 길이가 길수록, 더 넓은 파이프 표면적에서 열을 잃을 수 있다. 물의 유속이 느릴수록 파이프로 더 작은 열이 전달된다. 단열을 적게 할수록, 더 많은 열이 주변으로 손실될 것이다. 모든 이러한 파이프 관련 요소들을 사용자가 직접적으로 바꿀 수 있다. 그러나 고려해야 할 요소들이 또 있다. 파이프 주위에 부는 풍속이 빠를수록, 일반적으로 파이프로부터 열 전달이 더 높다. 파이프 주변이 더 추우면 파이프로부터 더 많은 복사 열 전달이 있다. 이러한 모든 요소들 때문에 파이프 문제를 모의 실험하기 아주 힘들다. 만약 얼음이 어는 환경에서 긴 파이프로 물이 흐르지 않는 최악의 사용 환경이라면, 이틀 동안 물이 어는 것을 막을 어떠한 단열재라도 있지 않을 것이라 생각한다. 그러나 만약 유속과 수온을 알고 있다면, 사용자가 단열에 대해 모의 실험을 해볼 수도 있을 것이다.
출처 : [기타] 블로그 집필 - 마스코트코리아이다
3.중요금속 및 액체열전도계수 및 기타 물성치조사
① 금속 (T=300K)
물질
기호
M
c
k
금
Au
196.967
1338
64.4
19300
0.129
315
128
14.2
은
Ag
107.868
1235.1
105
10490
0.237
427
174
-
동
Cu
63.546
1357.6
205
8880
0.386
398
117
16.6
알루미늄
Al
26.981
933.5
395
2688
0.905
237
96.8
23.2
텅스텐
W
183.85
3660
220
10250
0.133
178
66.2
4.5
백금
Pt
195.09
2045
101
21460
0.133
71.4
25.2
8.8
주석
Sn
118.69
505.1
60.6
7170
0.228
66.6
40.2
22.2
납
Pb
207.19
600.7
24.7
11330
0.130
35.2
24.3
29.0
우라늄
U
238.029
1406
38.72
19050
0.117
27.6
12.5
14.0
티탄
Ti
47.90
1953
440
4506
0.522
21.9
9.25
8.7
M : 분자량, : 융점, : 융해열[kJ/kg], : 밀도[kg/], : 정압비열[kJ/kgK]
: 열전도율[W/m K], : 열확산계수[mm/s], k : 선팽창계수()
② 액체 (p = 101.325kpa, T = 300k)
물질
물
996.62
4.179
854.4
0.8573
610.4
0.1466
5.85
373.15
2257
암모니아
600.28
4.184
137
0.228
479
0.166
1.37
239.8
199.1
글리세린
1257
2.385
782000
622
288
0.0961
6480
_______
_______
메탄올
784.9
2.537
533.0
0.679
202.2
0.1015
6.69
337.8
1190
에탄올
783.5
2.451
1045
1.334
166.0
0.0864
15.43
351.7
854.8
등유
825
1.94
1826
2.213
118.1
0.0738
30.0
_______
_______
가솔린
746
2.06
488
0.654
115.0
0.0738
8.86
_______
_______
사염화탄소
1580.5
0.856
874
0.553
103.6
0.0766
7.22
349.65
218
R11
1472
0.887
400.3
0.2719
87.0
0.0666
4.08
297.0
189
R113
1577.1
0.959
635
0.408
72.3
0.0484
8.42
320.71
143.85
T : 온도[K], : 정압비열[kJ/kgK], : 점도[] ,
: 열전도율[mW/m K], : 열확산계수[mm/s], Pr : Prandtl수[-], : 비점[K]
: 증발잠열[kJ/kg]
4.열전도 응용분야 조사
① 달걀삶기
달걀은 보통 지름 5cm의 구로 생각할 수 있다. 초기온도가 5로 균일한 달걀을 95의 끓는 물에 집어넣었다. 대류열전달계수 h=1200W/라고 할 때 달걀의 중심온도가 70가 되는데 걸리는 시간은 얼마인가?
풀이
계란을 물 속에서 삶고 있다. 계란을 삶는 데 걸리는 시간을 구해야 한다.
가정1 달걀은 지름이 5cm인 구이다. 2. 중심점에 대한 달걀은 대칭이기 때문에 전도는 1차원이다. 3. 달걀의 열물성치와 열전달계수는 상수이다. 5. Fourier 수 0.2이므로 단항해의 적용이 가능하다.
물성치
달걀의 수분함량은 74%정도이므로 달걀의 열전도도와 열확산계수는 (5+70)/2=37.5의 물과 유사하다. (k=0.627W/
해석
달걀 내부의 온도는 반경방향과 시간에 따라 변하며, 특정 위치에서의 온도는 Heisler 차트나 단항해를 이용하여 구할 수 있다 .여기서는 예로서 단항해를 사용한다. Bi수는 로서 0.1보다 매우 크기 때문에 집중계 해석은 적용 불가능하다. 구에서 이 Bi수에 해당하는 계수 =3.0753, A=1.9958 이다. 이들 값을 풀면, --> =0.209이며 이것은 0.2보다 크기 때문에 단항해를 용하여도 오차는 2%내외가 된다. Fourier수를 이용한 삶는 시간은
따라서 달걀 중심 온도가 5에서 70가 되는 데 대략 15분 정도 소요된다.
② 문제로 보는 천정을 통한 열손실 비용
전기난방을 하는 집의 천정은 길이 6m, 폭 8m, 두께 0.25m이며 열전도도 k=0.8인 평평한 콘크리트로 되어 있다 .어느 겨울밤, 10시간 동안 천정의 내부와 외부 온도가 15와 4 일 때, 밤새 천정으로부터의 열손실률, 전기값이 0.08/kWh인 경우 열손실로 인한 전력비용을 구하라.
풀이 야간에 전기난방을 하는 집 콘크리트 천정의 내부와 외부온도가 주어졌다. 천정을 통한 열손실과 그로 인한 비용을 구해야 한다.
가정 1. 지붕의 온도가 상수로 주어

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열전도 응용분야 조사,   열전달 실험,   액체열전도계수,   물성치조사