이중관열교환기논문

소개글

유체 흐름의 종류(향류,병류), 온도(40℃~90℃), 유량(1L/min~6L/min)을 변인으로 설정하고 실험을 통해 이중관 열 교환기에서의 열전달 현상을 이해한다. 실험 결과 값을 토대로 효율 및 유용도의 관계를 해석해보고 엔트로피, 열전달 계수 등을 계산하여 그 경향성을 파악한다. 최종적으로 최적의 출구 온도 및 최적 유량을 갖는 이중관 열 교환기를 설계하여 본다.

목차

1. 서 론
2. 이 론
이중열교환기란?
2.1. 향류와 병류
2.1.1 향류흐름(Counter flow)
2.1.2 병류흐름(Parallel Flow)
2.2 에너지 수지
2.2.1 열교환기 내 에너지 수
2.2.2 총괄 엔탈피 수지
2.3 총괄 열전달 계수
2.4 오염 계수
2.5 로그평균온도차(LMTD : Logarithmic Mean Temperature Difference)
2.6 열교환기 내 엔트로피 변화
2.7 열효율
2.7.1 뜨거운 유체를 고려한 효율
2.7.2 유용도
2.8 최적 출구 온도

3. 실 험
4. 실험결과 및 토론
4.1 총괄열전달계수(Overall Heat Transfer Coefficient)
4.2 엔트로피(Entropy) 변화
4.3 효율(Heat Exchanger Efficiency)
4.4 최적 출구 온도 및 효율을 고려한 설계 예시
4.5 오염계수를 통한 실제 값 접근

5. 결 론
6. 참 고 문 헌

본문내용

1. 서 론

열교환기(Heat Exchanger)는 전열벽을 통해 온도가 높은 유체에서 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 장치이다.
이번 실험을 통해 열교환기의 열수지를 계산하여, 총괄열전달계수(Overall Heat Transfer Coefficient), 엔트로피(Entropy)계산하고 이를 이용하여 유체의 유량(2lpm, 4lpm, 6lpm) , 온도차이(20℃, 40℃, 60℃), 흐름방향(향류(Counter flow), 병류(Parallel flow))에 따라 바뀌는 열교환의 효율()에 대해 알아보고자 한다.
열교환기의 에너지수지 식을 세우기 위해 대기로의 열손실은 없고, 열 흐름은 정상상태, 물의 비열은 일정하다고 가정하였다.

2. 이 론

2.1. 향류와 병류
서로 다른 유체가 흐를 경우 그 흐름 양상은 크게 두 가지로 향류 흐름(Counter Flow or Counter-current Flow)과 병류 흐름(Parallel Flow)으로 나눈다. 향류 흐름이란 두 가지 유체 즉, 이번 실험에서 사용하는 고온유체, 저온유체가 서로 반대 방향으로 흐르는 형태를 말한다.
반대로 병류 흐름이란, 서로 같은 방향으로 흐르는 형태를 말한다.

2.1.1 향류흐름(Counter flow)
Figure 1. 과 같이 교환기의 양쪽 끝에서 두 유체가 들어가 그 장치 내에서 서로 반대 방향으로 통과되는 것을 향류흐름이라 한다.


Figure 1. 향류흐름 (Counter Flow)

향류흐름(Counter Flow)에서는 고온유체와 저온유체가 각각 들어가고 나갈 때까지 꾸준한 온도차를 보이며 열교환을 한다. Figure 1.의 온도(T)-거리(L) 그래프를 보면 고온유체와 저온유체간의 온도차이 즉, 온도구배가 처음과 끝에서 크게 다르지 않음을 알 수 있다.

2.1.2 병류흐름(Parallel Flow)
Figure 2. 와 같이 두 유체가 교환기의 같은 끝 부분에서 들어가고, 그 흐름이 같은 방향이면 그 흐름을 병류흐름(Parallel Flow)라고 한다.

Figure 2. 병류흐름(Parallel Flow)


병류흐름(Parallel Flow)일 경우, 흐름이 처음부터 끝까지 같아 처음에는 큰 온도 구배가 생기지만, 끝으로 갈수록 온도구배가 작아지는 것을 Figure 2.의 온도(T)-거리(L) 그래프를 보면 알 수 있다.

이렇게 흐름에 따라 온도구배 양상이 다르다는 것은 곧, 열교환에서의 효율성이 달라진다는 이야기가 된다.

참고 자료

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