집중열용량법 실험 (동국대)

목차

1. 실험 목적
2. 배경 이론 및 측정장치
3. 실험 결과
4. 토의 및 고찰
5. 참고 문헌

본문내용

일반적인 과도 열전도 문제는 고체가 열환경의 급격한 변화를 겪는 문제이다. 초기에 온도가 Ti로 균일한 뜨거운 금속 시편을 T∞ < Ti 인 액체에 담가 담금질을 시키는 경우를 생각해 보았을 때, 시간 t=0부터 가열이 시작된다고 하면, 고체의 온도는 시간 t > 0에서 감소하여 결국은 T∞에 이를 것이다. 이러한 온도의 감소는 고체-액체 계면에서 일어나는 대류 열전달에 기인한다. 집중용량법의 요체는 고체의 온도가 과도과정 중의 어떠한 순간에도 공간적으로 균일하다고 가정하는 것이다. 이 가정은 고체 내의 온도구배를 무시할 수 있다는 것을 의미한다.

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이 식에 나타난 (hL/k)은 무차원 매개변수(dimensionless parameter)이다. 이것은 Biot 수(Biot number)라 g며, 표면대류효과가 포함되는 전도 문제에서 기본적인 역할을 한다. Biot수는 표면과 유체 사이의 온도차에 상대적으로 비교한 고체 내부에서의 온도강하의 척도이다. 특히, Bi《0.1에서 과도과정 동안, 임의 시간에 고체 부분에 걸쳐 균일한 온도분포를 가정하는 것이 타당하다는 것을 나타낸다.

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집중 열용량법 실험으로 이론이 어려운 반면 실험 내용은 큰 어려움은 없었다. 집중열용량법은 Bi수가 0.1보다 작을 경우 열전도를 무시해도 될 정도가 되어 과도열전달 식을 이용해 온도 또는 시간을 구하는 것을 의미한다. 과정 7에서의 식을 엑셀 프로그램에서 그래프를 얻었지만 쉽지 않았다. 생각했던 것처럼 쉽게 결과가 나오지 않았던 것이다. 열전달을 이수하지 않아서 그런지 열전달에 대한 기본이론을 처음과 기초부터 시작해야 했고 수식을 이해하고 기본 원리를 이용하는 데 시간이 소모됐다.
Bi 수를 먼저 계산하여 Bi수가 집중열용량법을 사용하기 적절한지의 여부를 파악했다. Bi수는 0.000105722 로 < 0.1이 된다. 따라서, 대류와 고체 사이의 열전도를 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에 집중열용량법을 사용할 수 있다.

참고 자료

동국대 E-Class 집중열용량법 참고문헌
Foundations of heat transfer/ Frank P. Incropera ...[et al.]