이중관열교환기실험

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목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 방법
4. 실험 결과
5. 결론 및 고찰
6. 사용기호 및 좌표계
7. 참고문헌

본문내용

실험 목적 : 이중관 열교환기를 이용하여 열수지를 이해하고 유체의 유량과 총괄 전열계수와의 관계를 검토하고 총괄 전열계수의 개념을 이해한다.
실험 이론
열교환기 (Heat exchanger)
온도가 다른 두 유체가 서로 섞이지 않으면서 열교환을 촉진하는 장치이다. 열교환기는 두 유체가 섞이도록 구성되어 있는 혼합실과는 다르다. 열교환기에서의 열전달은 두 가지 열전달 메커니즘을 포함하는데, 각 유체에서의 대류 열전달과 두 유체를 분리하는 벽에서의 전도열전달을 포함한다.
이중관(동심관)식 열교환기 (Double-pipe heat exchanger)
가장 간단한 형태의 열교환기는 이중관 열교환기(double-pipe heat exchanger) 또는 동심파이프 열교환기(concentric-pipe exchanger)이다.

병류(Parallel flow)와 향류(counter current flow)
병류(Parallel flow)
고온 유체와 저온 유체가 열교환기의 같은 쪽에서 들어가서 같은 방향으로 흐르는 것이다.
향류(Counter current flow)
고온 유체와 저온 유체가 열교환기의 반대쪽으로 들어가서 서로 반대 방향으로 흐르는 것이다.

참고로, 병류 흐름은 단일 이중관 열교환기에서는 잘 사용되지 않는다. 왜냐하면 이 방법으로는 다음의 흐름형태에 따른 온도곡선 그림에서 관찰되는 바와 같이 유체의 출구온도가 반대쪽에서 들어오는 유체의 온도에 거의 접근될 수 없고, 전달될 수 있는 열량도 향류에 비하여 적기 때문이다.

열교환기 내의 에너지 수지(총괄 엔탈피 수지, Overall Enthalpy balance)
내관에는 고온 유체를, 외관에는 저온 유체를 흐르게 하여 정상상태에서 열교환이 일어날 때 고온 유체가 가지고 있던 열량을 저온 유체가 얻게 된다. 따라서 열교환기를 통과하는 어느 한 흐름에 대하여 에너지 수지는 다음과 같이 쓸 수 있다.
q ̇=m ̇_h (H_h ) ̂=-m ̇_c H ̂_c
q ̇=m ̇_h C ̂_(p,h) (T_hb-T_ha )=-(m_c ) ̇(C_(p,c) ) ̂(T_cb-T_ca)

참고 자료

Yunus A. Çengel, 『쉽게 배우는 열전달 2판』, ㈜한국맥그로힐(2010), p.485-486 : 열교환기
Yunus A. Çengel, 『쉽게 배우는 열전달 2판』, ㈜한국맥그로힐(2010), p.486 : 향류와 병류
Yunus A. Çengel, 『쉽게 배우는 열전달 2판』, ㈜한국맥그로힐(2010), p.490 : 총괄전열계수
Yunus A. Çengel, 『쉽게 배우는 열전달 2판』, ㈜한국맥그로힐(2010), p.499 : 대수평균온도차
Yunus A. Çengel, 『쉽게 배우는 열전달 2판』, ㈜한국맥그로힐(2010), p.509-510 : 열전달 효율
노윤찬, 서교택, 『화학공학실험』, 진영사(2002), p.83-84 : 이중관 열교환기
R.Byron Bird 외 2인, 『Transport Phenomena』, John Wiley&Sons Inc(2006, 2nd edition), p.462-463 : 대수평균온도 유도과정
Wikipedia, “heat capacity”, https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_capacity, 2020.06.19 : 열용량 정의