열풍을 이용한 가열기구 설계 보고서

소개

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목차

1. 공학적 문제 정의 및 해결 방안의 모색
1) 설계 목표
2) Brain storming
2. 최종 선택안
1) Selected model
2) Assumptions
3. 집중계의 해석(Lumped System Analysis)
1) 집중계 해석
2) 집중계해석에 대한 기준
4. 강제대류
1) 강제대류의 물리적 원리
2) 원통에서의 Nusselt Number
5. Properties and Calculations of Biot number.
1) Properties
2) 계산 수식
3) Result and Data analysis
6. About Program FLUENT
1) CFD란?
2) Fluent란?
3) 응용과 그 효과
7. FLUENT program 을 이용한 결과
8. 계산한 값과 수치해석 값이 다른 이유
1) 완전발달 흐름(fully developed flow)
2) Discussion about result
9. Reference

본문내용

오븐에서 구워지는 감자는 뜨거운 유체에 의하여 열을 받으면 먼저 열은 물체로 대류에 의해 이동하고 다음으로 물체 내로 전도된다. Biot 수는 전도에 의한 물체의 내부저항 대 대류에 의한 외부저항의 비이다. 그러므로 작은 Biot 수는 전도 열저항이 작을 것을 의미하고 이는 물체 내의 온도 구배가 작다는 것을 의미한다.
집중계의 해석은 물체 전체의 온도가 일정하다고 가정하는데 이는 물체 내부에서 전도 열저항이 영에 해당된다. 그러므로 집중계해석에서 Bi=0인 경우는 해석해가 되고 Bi>0이면 근사해가 된다. 이는 Biot 수가 작으면 작을수록 집중계해석은 더욱 정확한 값을 가지는 것을 의미한다. 그러면 우리가 가지는 의문은 집중계해석을 사용할 때 어느 정도의 오차를 감수해야 하는가 하는 것이다.
이 질문에 대답하기 전에 열전달계수 에 대하여 20% 정도의 오차는 정상적인 경우로 생각한다. 를 상수로 가정하는 것은 근사이며 특히 복잡한 형상에 대하여 더욱 주의할 필요가 있다. 특정 형상에 대하여 충분한 실험 데이터 없이 Bi = 0인 경우에 얻은 결과도 ±20%보다 정확하다고 할 수 없다. 일반적으로 집중계해석은 다음의 조건인 경우에 사용할 수 있다.


위의 기준을 만족할 때 구의 형상과 같은 형상에 대하여 주위온도와 상대적인 물체 내의 온도는 5%내에 있다. 일 때 물체 내에서의 온도 변위는 미소하므로 온도가 일정하다는 가정은 상당히 타당하다.
집중계해석을 적용하는데 있어서 첫 번째 단계는 Bi 수를 계산하는 것이다. 어떤 경우는 을 만족하지 않은 경우일 때도 있지만 정확도가 크게 중요하지 않는 경우는 집중계해석을 적용할 수도 있다.
Biot수는 물체 표면에서 대류와 물체 내에서 전도의 비라고 했는데, 집중계해석을 적용하기 위해서는 이 수가 가능한 작아야 한다. 그러므로 높은 열전도성을 가지는 작은 물체는 집중열해석을 적용할 수 있는 좋은 경우이고, 특히 물체가 공기나 기체 같은 열전도성이 좋지 않은 매개체 내에서 정지한 경우에 적용하면 된다. 앞에서 언급한 경우와 같이 움직임이 없는 기체에 놓여 있는 조그마한 구리 볼은 집중계 해석을 적용할 수 있는 좋은 예이다

참고자료

· cengel의 열전달
· cengel의 유체역학
· fluent documentation