열유체실험 전도대류실험 결과보고서

소개글

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목차

a) 실험 측정한 파라메터들(히터의 파워, 공기의 온도 및 속도, 히터의 온도) 의 요약 테이블
b) 측정값을 이용해 계산한 결과(총 열저항, 대류열전달계수, 핀효율)에 대한 측정값 요약 테이블 및 계산 방법
c) 총 열저항을 줄이기 위해 핀을 재질을 바꿀수 있다면 어떤 물성치를 가진 재료를 쓰는 것이 유리한가?
d) 총 열저항을 줄이기 위해 공기의 속도나 온도를 바꿀수 있다면 어떻게 바꿔야 하는가?

본문내용

총 열저항을 줄이기 위해 핀을 재질을 바꿀수 있다면 어떤 물성치를 가진 재료를 쓰는 것이 유리한가?

금속의 열전도도(k)가 높을수록 핀 효율과 유효도가 높게 나오는 것이고, 핀의 효율이 높아 질수록 h(대류열전달계수) 값이 높아지고 , 이는 총 열저항 값이 작아 지도록 한다. 그래서 핀의 재질을 열전도도가 높은 물성치를 써야한다. 예를 들어 알루미늄은 300K에서 237(W/m*K) 의 열 전도도를 가지는데, 구리는 401(W/m*K)의 열전도도를 가진다. 이는 구리의 재질의 핀을 썼을 때 총 열저항이 줄어들고 열효율이 좋아질 것이라는 것을 예상할 수 있다. 반면에 stainless-steel 은 13~15 (W/m*K)의 열 전도도로 값이 매우 작아 총 열저항이 알루미늄 핀을 썼을 때 보다 커질 것이고, 열 효율이 떨어질 것이다.

총 열저항을 줄이기 위해 공기의 속도나 온도를 바꿀수 있다면 어떻게 바꿔야 하는가?

일단 fin이 존재 하지 않는 판의 경우인 1과 2를 고려 해 보면, fin이 없기 때문에 총 열저항은 공기의 온도에 의해 결정된다고 할 수 있기 때문에, Rtot = ((T_heater - T_∞ ))/q_total 다음의 식에 의해, 공기의 온도가 클수록 열저항이 작아 질 것이다.
또, fin이 존재하는 판의 경우를 고려해 보면, h(열전달계수)는 Re따라 공기의 속도가 클수록 커질 것이다. 또한 fin의 효율은 m에 대한 식이기 때문에 h가 커질 수록 커질 것이다. 따라서 fin의 효율이 높을수록 총 열저항 값이 작아지기 때문에, 공기의 속도를 크게 할수록 열저항 값이 작아질 것이라는 것을 알 수 있다.

참고 자료

Fundamentals of heat and mass transfer 7th edition / incropera
전도대류실험 수업교안
https://www.engineeringtoolbox.com/air-absolute-kinematic-viscosity-d_601.html?vA=294.24691&units=K#