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PEMFC를 이용한 에너지변환 및 저장실험 예비레포트

Report에너지 변환 및 저장실험(Energy Conversion and Storage Experiment)예비보고서과목명 : 에너지 변환 및 저장실험지도교수 :학과 :학번 :이름 :제출일 :목 차실험 제목실험 목적시약 및 기기실험 방법연료전지 및 이론참고문헌실험 제목 : 에너지변환 및 저장실험(PEMFC)실험 목적Fuel Cell의 종류 중 하나인 PEMFC/PEFC를 직접 만들고 그 성능을 측정하여 분극 곡선을 그리고, 위 실험을 통해 일어나는 전기화학적 반응을 이해한다.시약 및 기기3-1) 시약 및 재료Pt/C (40wt. %) catalystNafion solution 5wt.%Nafion membrane 212GDL(gas diffusion layer) – Carbon paperNPA(isopropanol) 99.7%OHP filmSpray gun3-2) 실험 기기SonicatorMicro balanceTest station(연료전지 성능평가장치)실험 방법바이알을 전자저울에 넣고 영점을 맞춰준다세척한 약수저로 촉매를 조금씩 덜어 Pt/C 40wt.% 6.25mg을 측정한다촉매를 덜어 놓은 바이알에 피펫을 이용해 nafion solution 45ul과 NPA 1250ul을 넣어준다Sonicatior를 이용해 30분동안 촉매를 고르게 분산시킨다.Membrane을 고정시킬 틀을 세척해준다세척한 틀에 Cathode와 Anode를 표시한다사용할 멤브레인을 핀셋으로 잡은 뒤 양면의 보호 필름을 벗긴다.Membrane을 틀에 올린 후 Membrane에도 Cathode 또는 Anode 방향을 표시해 준다틀 양쪽 구멍의 위치를 잘 맞춘 후 고정해준다촉매를 담을 용기가 기울어지지 않게 gun과 연결해준다Gun과 gas line을 연결해준다Gas를 열어주고 flow를 조절한다Membrane이 고정된 틀을 준비한 후, gun을 이용해 틀에 붙은 먼지를 제거해준다피펫을 이용해 잘 분산된 촉매 용액을 gun용기에 담아준다스프레잉 건 뒤쪽을 돌려가며 용액이 나오는 구멍 크기를e 쪽의 스프레잉을 진행한다용액을 다 뿌릴 때까지 반복해서 스프레잉 해준다스프레잉이 끝나면 건을 깨끗하게 세척한 후 보관한다사용할 셀을 풀어준다Carbon paper을 gasket의 구멍에 맞춰 고정시킨다그 위에 스프레잉 해둔 멤브레인을 올려준다Gasket의 구멍과 carbon paper, membrane의 위치가 잘 맞도록 조절해준다마찬가지로 gasket 구멍과 촉매층의 위치를 고려해 gasket을 끼워준다처음과 같이 carbon paper의 위치를 잘 고려해 올려준다고정 막대를 기준으로 분해했던 반대쪽 셀을 덮고 고정해준다장비를 이용해 균일한 압력으로 셀을 체결해준다체결이 끝나면 셀을 test station으로 옮겨 test를 준비한다Test station으로 옮긴 셀에 gas line과 water line을 연결해준다셀에 히터와 센서도 연결해준다전력 변환 장치와 cell을 연결해준다gas라인을 열고 히터 전원도 켜준다gas flow를 조절해준다프로그램을 세팅한 후 start를 눌러 test를 진행한다측정하여 얻은 data를 plot 하여 polarization curve를 그린다연료전지 및 이론5-1) 연료전지의 정의연료전지란 메탄올의 연료나 천연가스 등으로부터 얻은 수소와 대기중의 산소가 가진 화학적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 전기화학적 장치이다.5-2) 연료전지의 원리 및 구조연료전지는 기존의 배터리와 달리 전지 자체 내부에는 활물질이 없고, 외부에서 활물질을 계속 공급받아 연속적으로 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 발전 시스템이다. 전해질 양측에 비소모성 다공질 전극을 접촉시키는데, 양극에는 활물질로 삼는 연료인 수소, 혹은 수소를 제공할 수 있는 물질을 공급하고, 음극에서는 산화제인 산소 또는 공기를 각각 공급함으로써 하나의 전지를 구성한다.각 전극에서 일어나는 반응과 종합적 반응은 아래와 같다.Anode (-) : H2 → 2H+ + 2e-Cathode (+) : 1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2OOverall : H2 + 서 작동하기 때문에 Pt 등의 고가 전극 촉매를 사용하지 않아도 전지반응이 가능하다. 또한 촉매를 사용하는 경우에도 Pt 등의 고가 촉매 대신 저가의 촉매를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 높은 온도로 인해 내구도가 낮다는 단점이 있다. 고온형 연료전지의 경우 보통 500°C이상의 고온에서 작동한다.고체산화물형 연료전지(SOFC)고체산화물형 연료전지는 이온전도성 산화물을 전해질로 이용하여 고온에서 운용되는 연료전지이다. 에너지 회수율이 높아지며 석탄가스를 이용한 고효율의 발전이 기대되고 있지만 소재 간의 반응성과 열팽창계수의 불일치에 의해 화학적, 전지적, 기계적 성질이 저하되는 문제점을 가지고 있다.용융탄산염형 연료전지(MCFC)용융탄산염형 연료전지는 화석연료 중에서도 주로 석탄가스를 연료로 이용하며, 전해질은 용융알칼리 탄산염을 이용한다. 약 650 °C에서 작동되며, 고온으로 얻은 폐열을 이용해 가스 또는 증기터빈발전에 이용할 수 있어 전체발전효율이 50%정도로 높아 차세대 연료전지로써 기대되고 있다.저온형 연료전지저온형 연료전지는 저온에서 작동하는 연료전지를 일컬으며 온도에 따라 다양한 촉매를 사용한다. 상대적으로 취급이 편리해 이동체에 탑재하거나 온사이트(On-site)형의 연료전지로 쓰인다.2-1) 직접 메탄올 연료전지(DMFC)직접 메탄올 연료전지는 고분자 전해질 막을 사이에 두고 부극에는 메탄올과 물이 반응하여 수소이온과 전자를 생성하고, 정극에서는 부극으로부터 온 수소이온과 전자가 산소와 결합하여 물을 생성하는 전지이다. PEMFC에 비해 출력밀도는 낮지만 배터리에 비하면 높은 편이며, 연료의 공급이 용이하기 때문에 배터리를 대체할 수 있다고 평가받고 있다.2-2) 고체 고분자형 연료전지(PEMFC)고체 고분자형 연료전지는 이번 실험에서 활용되는 전지이기 때문에 이후 더 자세하게 다룰 것이다. (5-4 PEMFC의 정의와 특징 참조)2-3) 알칼라인 연료전지(AFC)알칼라인 연료전지는 미국 우주 개발계획에 따라 우주선 내의 전력과 물 공지이다.5-4) 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 정의와 특징고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 불소 수지계(fluororesin) 고분자의 양이온 교환막을 전해질로 이용하는 전지로, 원리는 인산형 연료전지와 동일하며, 저온에서 작동되는 저온형 연료전지이다. 고체 전해질을 이용하기 때문에 소형 및 단순한 구조로 제작이 가능하며, 이러한 이유로 초기에 우주선용 전원으로 개발되었다. 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 또한 이온전도성이 향상된 막이 개발되며 수 Acm-2의 높은 전류밀도를 얻을 수 있게 되었다. 작동 온도는 80 °C 정도로 비교적 낮은 편이다. 일산화탄소에 의해 Pt 촉매의 활성과 선택성이 매우 손상될 수 있으므로 일산화탄소가 유입되지 않도록 주의해야 한다.고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 연료는 수소 외에도 메탄올과 메탄올의 수증기 개질에 의해 산출된 수소를 사용한다. 현재 전기자동차의 에너지원으로 전지와 함께 사용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있으며, 고효율, 무공해발전이라는 특징을 가지고 있다.(PEMFC의 구조)PEMFC에서 쓰이는 고분자 전해질(Membrane)은 기본적으로 DuPont 사에서 개발한 플루오르화된 테플론(Nafion)을 사용한다. 이 고분자전해질(Membrane)은 탄소와 불소가 연속적으로 결합된 고분자 구조인 PTFE 기반 구조이며, 강하고 산화-환원 반응에서도 높은 안전성을 가지는 특징이 있다. 또한 일반적인 PEMFC의 작동 온도에서 높은 이온 전도성을 가진다. 이러한 구조 끝에는 SO3- 이온이 붙어있고, 이 이온은 친수성이므로 물을 끌어당긴다. 이렇게 형성된 수로를 통해 SO3- 이온 사이에서 H+의 점프가 일어나고, 이것이 고분자 전해질(Membrane)의 반대편까지 전달된다. 이러한 과정을 위해서는 H+ 전도성을 위해 적정량의 물이 항상 함유되어 있어야 하고, 이러한 이유로 인해 PEMFC는 작동온도가 물의 끓는점 이하로 제한된다.5-5) 3상계면(Three Phase Boundary)의 개념과 로를 설치하는 방법이 있다. 이 기체 통로를 통해 기체를 3상 계면 근처까지 전달하는 방법을 이용해 반응속도를 크게 향상시킬 수 있다. 반응속도가 높다는 것은 전하이동반응이 많다는 것을 의미하고, 이는 높은 전류밀도를 얻을 수 있다는 것을 뜻한다.5-6) 연료전지의 성능을 개선시기키 위한 방법Pt 촉매를 대체할 수 있는 물질을 활용백금 및 팔라듐 기반의 촉매를 사용하는 것은 전기화학적 활성이 우수하다는 장점이 있다. 하지만 장시간 산화환경에 노출되는 연료전지용 소재 특성상 기존의 촉매를 사용하는 것은 촉매 전체의 내구성을 감소시킨다는 단점을 가진다. 소재 안정성은 좋지만 성능이 다소 떨어지는 로듐에 주석을 섞어 합금을 만듦으로써 고안정성 및 고활성 연료전지용 촉매 소재로 활용하는 방법이 있다. 이는 또한 값비싼 백금보다 저렴한 물질을 사용하다는 면에서 유리하다.전극의 노후화 방지(혹은 지연)연료전지는 유, 무기물 복합체로 만든 산화물 전극에 성능이 크게 좌우되는데, 이 전극은 시간이 흐를수록 산화환원 반응으로 인한 노후화가 심해져 연료전지 전체의 성능을 떨어뜨린다. 따라서 전극의 노후화 방지하기 위해 Hf 혹은 Zr과 같은 금속으로 전극을 도금하는 방법이 있다.연료의 무게 경량화전지 자체에 들어가는 전해질, 촉매, 연료 등의 구성요소로부터 질량 혹은 부피를 줄여 연비를 향상시킬 수 있다.참고문헌신재생 에너지 수소연료전지의 기술개발 동향, 여국현 연구원, 한국생산기술연구원연료전지공학, Colleen S.Speigel 저, 김용태 역, 홍릉과학출판사『Types of Solar Cells and Application』, American Journal of Optics and Photonics, Volume 3, Issue 5, October 2015, Pages: 94-113, Askari Mohammad Bagher, Mirzaei Mahmoud Abadi Vahid, Mirhabibi Mohsen『Rhodium–Tin Binary Nanoparticle—A St

공학/기술| 2022.05.05| 9페이지| 1,000원| 조회(260)

PEMFC, 에너지변환실험, pemfc 실험, 에너지변환 및 저장실험

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PEMFC를 이용한 에너지변환 및 저장실험 결과레포트

Report에너지 변환 및 저장실험(Energy Conversion and Storage Experiment)결과보고서과목명 : 에너지 변환 및 저장실험지도교수 :학과 :학번 :이름 :제출일 :목 차실험 결과데이터 처리 및 계산실험 분석 및 고찰참고문헌실험 결과실험 데이터전류[A]전압[V]J[A/cm2]Power density [W/cm2]전류[A]전압[V]J[A/cm2]Power density [W/cm2]00.889001.2810.6110.1045710.06389314300.888001.3210.6060.1078370.0653490610.040.8390.0032650.0027395921.3620.60.1111840.0667102040.080.8180.0065310.0053420411.4020.5950.1144490.0680971430.120.8040.0097960.0078759181.4420.5890.1177140.0693337140.160.7920.0130610.010344491.4820.5840.120980.0706520820.20.7810.0163270.012751021.5220.5780.1242450.0718135510.240.7720.0195920.0151248981.5620.5730.127510.0730633470.280.7630.0228570.017441.6020.5670.1307760.0741497140.320.7550.0261220.0197224491.6420.5620.1340410.0753309390.360.7480.0293880.0219820411.6820.5560.1373060.0763422040.40.7410.0326530.0241959181.7220.550.1405710.0773142860.440.7340.0359180.0263640821.7620.5450.1438370.078391020.4810.7280.0392650.0285851431.8030.5390.1471840.0793320.5210.7210.0425310.03066457.2713470.0683794293.3640.2380.2746120.0653577143.4040.2240.2778780.0622445713.4440.2060.2811430.0579154293.4840.1880.2844080.0534687353.5240.1660.2876730.0477537963.5640.1430.2909390.0416042453.6040.1150.2942040.0338334693.6440.0850.2974690.0252848983.6840.0440.3007350.013232327데이터 처리 및 계산※ 실험에서 사용한 셀의 넓이 : 3.5cmx3.5cm = 12.25cm2※ POWER DENISTY = J x V※전류밀도 :PEMFC P-J CurvePEMFC P-V CurvePEMFC I-V Curve실험 분석 및 고찰In this experiment, the initial voltage was measured by measuring the initial current of 0 A, the initial voltage was obtained, the current was increased little by little, a data value was obtained until the voltage was out of trend, and the polarization curve was obtained using the data. The figure below is an ideal polarization curve obtained from this experiment. In the ideal V-J Curve, three sections can be easily found. The V-J Curve obtained through this experiment was found to have a similar shape, although the above three sections were not clearly identified.[Ideal Pola will be bigger than the graph obtained in this experiment. In addition, since it decreases exponentially according to the current density in this part, the change in voltage in accordance with the current density in other parts is large, and it can be confirmed through experiments.The cause of the reduced type of graph identified in the second part is "Ohmic Voltage (resistance polarization)", where ohmic loss occurs in this part. In the intermediate current density part, the potential tends to decrease linearly as the current density increases, which is mainly due to the ohmic resistance of the electrolyte. In the case of resistance polarization, power is lost due to electrolyte resistance in the electrolyte, resistance of the electrode itself, or resistance generated at the terminal connection part, and thus, the actual potential difference is smaller as the internal resistance is increased. If the current flowing through the resistor R is I, heat of the I2R(W) is generated, resultions was small, making it difficult to confirm. In particular, in the case of the third part, it was measured as a section in which the amount of change in value gradually changes rather than as a curved graph, so it was difficult to confirm a form in which concentration polarization affects the battery. Like the second section, a more accurate graph could be obtained if the temperature was raised and oxygen was used instead of air.Also, in the P-J curve, it can illustrate that as the current increases, the power density increases and then decreases in a current part above that when the maximum value is reached. This maximum value is called 'power peak', and the fuel cell is designed to operate in areas below this power peak. As the current decreases gradually at the peak, the voltage efficiency improves but the power density decreases. Conversely, if the current gradually increases, both voltage efficiency and power density decrease. It was confirmed from the graph that this maximum va서는 반응의 최적 온도는 70-80℃인데 상온에서 진행되었던 점과 실험 기구의 노후화로 인하여 activation loss가 더 일어났을 것이라고 생각한다. 따라서 반응 온도를 높여준다면 이번 실험에서 얻은 그래프보다 첫 번째 구간의 기울기가 작아질 것이라고 예상된다. 그리고 이 구간에서는 전류의 밀도에 따라 지수함수적으로 감소하기 때문에 다른 구간에 전류 밀도에 따른 전압의 변화 폭이 크고, 이를 실험을 통해 확인 할 수 있었다.두 번째 구간에서 확인되는 감소 형태의 그래프의 원인은 ohmic overvoltage(저항 분극)이고, 이 구간에서 ohmic loss가 일어난다. 중간전류밀도 구간에서는 전류밀도 증가에 따라 전위가 직선적으로 감소하는 경향을 보이는데, 이것은 주로 전해질의 ohmic resistance에서 기인한다. 저항분극은 전해질내의 전해질 저항이나 전극 자체의 저항, 또 단자 연결부위 등에 생기는 저항으로 전력의 손실이 일어나기 때문에 이 내부 저항이 크면 클수록 실제 전위차는 작게 나타난다. 저항 R를 통하여 흐르는 전류를 I라고 하면 I2R(W)의 열이 발생하여 전력 손실이 생기게 된다. I2R(W)만큼의 열이 발생되며 손실이 일어나는 것이기 때문에 전류가 많이 흐를수록 손실 또한 커질 것이다. 따라서 저항 분극에 의한 손실을 막기 위해서 전극은 좋은 전도체로 구성되어야 하며 전극은 단단하게 조립되어야 한다. PEMFC의 경우 작동온도가 증가함에 따라 전지성능이 높아지면서 직선영역 기울기는 감소한다. 온도가 증가함에 따라 전해질의 ohmic resistance가 감소하고 전지 내부 저항이 감소하고 따라서 ohmic loss또한 감소하기 때문이다.세 번째 구간에서 확인되는 곡선 형태의 그래프의 원인은 concentration overvoltage(농도 분극) 때문이고 mass transport loss라고 부른다. 이것은 실험에 쓰인 기체가 산소대신 공기를 사용했기 때문에 일어난 현상이다. 산소대신 공기를 사용하는 경우 전체적으로 성능이 ety

공학/기술| 2022.05.05| 9페이지| 1,000원| 조회(166)

PEMFC, 에너지변환실험, 에너지변환 및 저장실험, PEMFC 실험 결과레포..

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Report액체의 확산 계수(Liquid Diffusion Coefficient)과목명 :지도교수 : 교수님학과 :학번 :이름 :제출일 :목 차실험 제목실험 목적실험 이론실험 데이터실험 결과 및 계산고찰참고 문헌실험 제목 : 액체의 확산 계수 (Liquid Diffusion Coefficient)실험 목적화학, 물리 공정은 공정과 관련있는 물질의 특성에 의존하고, 공정 공학은 벌크 상태의 물질의 분포 및 변형과 연관된다. 따라서 물질을 변화시키기 위해 공장을 설계하고, 또 가동하기 위해서는 물질들의 화학적, 물리적 특성 및 성질들을 잘 고려해야 한다. 공장에서 주로 사용되는 매체는 유체이며, 유체의 가장 중요한 특성 중 하나는 바로 ‘확산도’이다. 물질의 이동, 유체의 흐름 등은 이 확산도(Diffusivity)에 큰 영향을 받기 때문에 공장 설계에 있어 이와 관련된 데이터는 필수적이다.이번 실험에서는 증류수에서 NaCl이 확산되는 정도를 전기전도도 측정을 통해 살펴본다. 2번의 실험이 진행될 것이며, 각기 다른 농도로 실험을 진행했을 때 농도가 액체의 확산계수에 영향을 주는지 여부를 알아본다.실험 이론Fick’s Law: x 축 방향의 농도 기울기J : 단위시간당 x 축 방향으로 확산되는 양 (Diffusion Flux) [mol/cm2 * s]D : 확산계수 [cm2/s]C : 농도 (Concentration) [mol/cm3]x : 관의 길이 [cm]t : 시간 [sec]Fick’s Law에서 -가 붙는 이유는, 유체가 고농도에서 저농도로 흐른다는 의미이다.위와 같은 Fick’s Law를 실험에서 사용하는 수직 모세관(5mm * 1mm)에 대입하면 아래와 같이 표현할 수 있다.그리고 이 식을 확산계수 D를 남기고 정리하면, 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.V : 바깥용기의 부피 [L]x : 모세관의 길이 [cm]d : 모세관의 직경 [cm]N : 모세관의 개수M : 염 용액의 몰 수: 단위 몰 당 전기 전도도 변화: 시간동안 전기전도도 변화 속도 [Ω-1121개NaCl 몰농도 계산NaCl 몰질량 : 58.44g/mol사용한 NaCl 순도 : 99%첫번째 실험NaCl : 5.8966g용매(수용액) : 100ml몰농도 : 5.8966g * 0.99 / (58.44g/mol * 0.1 L) = 0.998911 M두번째 실험NaCl : 11.7755g용매(수용액) : 100ml몰농도 : 11.7755g * 0.99 / (58.44g/mol * 0.1 L) = 1.994823 M시간에 따른 전기전도도 데이터이번 실험에서는 첫번째와 두번째 실험 모두 실험 데이터에서 각별히 튀는 값들이 있어 그와 같은 데이터는 삭제 후 데이터 처리하였다.Conductivity vs time Graph of 1M NaCl1M NaCl 실험에서는 시간에 따른 전기전도도의 변화가 초반에서 부자연스럽게 나타났다. 부자연스러운 값들을 제외할 수 있지만, 그렇게 되면 너무 많은 데이터들을 배제하게 되므로 모든 데이터들을 포함해 그래프를 그렸다. 이와 같은 데이터 처리 결과 나타난 기울기는 0.0012, R2 값은 0.7252이다.Conductivity vs Time Graph of 2M NaCl2M NaCl 실험에서는 시간에 따른 전기전도도 변화가 비교적 부드럽게 나타났다. 이와 같은 데이터 처리 결과 나타난 기울기는 0.0016, R2 값은 0.8899이다.결과 및 계산첫번째 실험과 두번째 실험에서 구한 기울기 등을 확산계수에 대해 정리한 식에 대입한다.1M NaClV : 바깥용기의 부피 [1L]x : 모세관의 길이 [0.5 cm]d : 모세관의 직경 [0.1 cm]N : 모세관의 개수, 121개M : 염 용액의 몰 수 (0.998911M): 단위 몰 당 전기 전도도 변화 (0.41 Ω-1M-1): 시간동안 전기전도도 변화 속도D = - 6.69 * 10-8 cm2/s2M NaClV : 바깥용기의 부피 [1L]x : 모세관의 길이 [0.5 cm]d : 모세관의 직경 [0.1 cm]N : 모세관의 개수, 121개M : 염 용액의 몰 수 (1.994변화 속도D = - 6.14 * 10-8 cm2/s실험 고찰실험 목적에 대한 고찰확산의 원리와 이에 관련한 Fick’s Law을 이해NaCl 수용액의 농도에 따른 확산계수를 전기전도도 측정을 통해 알아봄실험 과정에 대한 고찰전기전도도란 말 그대로 물질의 전하를 운반할 수 있는 정도이번 실험에서 사용한 NaCl은 수용액에서 Na+와 Cl-의 이온 형태로 존재하기 때문에 전해질로서 증류수만 있을 때 보다 더 전하를 잘 운반할 수 있음NaCl을 채운 모세관을 Vessel에 넣었을 때, 시간이 흐름에 따라 전기전도도가 높아지는 것을 확인할 수 있음이렇게 측정되는 전기전도도는 시간에 비례했지만, 시간이 흐르고 어느 지점부터는 전기전도도가 비슷하게 유지됨확산이란 혼합물을 통해 각 성분이 물리적 자극에 영향을 받아 이동하는 것확산의 원인은 다양하지만 가장 보편적인 원인은 확산 성분의 농도 기울기농도기울기란 농도가 다른 두 영역 사이의 농도차농도기울기 인해 어떤 물질이 고농도의 영역에서 저농도의 영역으로 이동결과적으로 그 농도차가 줄어들고, 없어지게 됨농도차이가 거의 없어진다는 것은 곧 두 영역이 평형을 이룬다는 것을 뜻함농도차이가 없어지는 지점은 앞서 말한 전기전도도가 일정하게 유지되는 지점확산은 농도기울기(농도차)와 깊게 관련되어 있으며, 그 값과 비례하고, 이러한 관계를 보다 구체적으로 표현한 식이 Fick’s 확산 제 1법칙확산은 3차원 공간에서 x, y, z 세 방향으로 일어남이번 실험에서는 모세관을 활용해 확산방향을 x축 한 방향으로 제한모세관의 아랫쪽 끝부분이 농도가 일정하다 하고 위쪽의 농도는 실험이 진행되는 동안 0으로 유지된다고 가정하면, 시간당 용기전체로 전달된 물질의 양은 모세관을 지나 전달된 물질의 양과 같다고 가정할 수 있음이러한 조건들을 Fick’s Law에 적용하면, 확산계수에 대한 식을 얻음이 식을 이용해 실험에서 얻은 데이터들을 대입해 농도에 따른 확산계수를 구함실험 결과에 대한 고찰실험의 결과로 1M NaCl의 확산계수(D) = - 6.69M NaCl)이때 D의 값이 음수인 것은 확산의 방향이 고농도에서 저농도라는 것을 의미두 값을 비교해 볼 때, 2M에서의 확산계수가 1M에서보다 더 큰 것을 알 수 있음이를 통해 농도차가 클수록 확산속도가 더 빠르다는 것을 알 수 있음이론적으로는 2M에서의 확산계수가 1M에서보다 2배 차이가 나야 하지만, 이번 실험결과에서는 이와 같이 나타나지 않음실험에서는 증류수가 확산되는 NaCl과 완전히 혼합되어 용액 내 모든 위치에서 농도가 모두 일정하다고 가정실제로는 위치에 따라 농도가 조금씩 불균형함오차에 대한 고찰용액 속 NaCl이 완전혼합되지 않았을 경우실험에서는 NaCl이 완전혼합되어 용액 내 어느 위치에서나 그 농도가 일정하다고 가정하지만 실제로는 위치, 지점에 따라 농도가 불균일하기 때문에 이러한 오차가 발생할 수 있음이러한 것을 그래프에서 보다 명확하게 볼 수 있는데, 1M NaCl의 경우 2분~5분 사이 전기전도도가 크게 변화하는 모습을 볼 수 있음이는 이상적인 액체에서의 확산과는 다르게, 실제 액체에서는 물질의 확산이 안정적으로 일어나기까지 시간이 소요되기 때문또 10분 이후부터는 두 그래프의 전기전도도가 변화하는 차이가 줄어듦특히 2M NaCl에서는 대체적으로 전기전도도가 자연스럽게 변화하는 것을 확인두 그래프 모두 일정 시간이 지나며 전기전도도가 일정해지는 양상을 보임이것은 앞서 말한 것과 같이 확산이 평형에 이르렀기 때문이다.1M NaCl의 경우 초반 0분~5분 사이의 전기전도도가 여러 요인들을 고려하더라도 비정상적으로 증가1M과 2M NaCl 용액 모두에서 R2값이 모두 0.9 미만의 작은 값들을 보임이는 시간에 따른 전기전도도의 변화가 선형적이지 않다는 것을 의미이번 실험 결과에 있어 문헌값과 다른 이유의 가장 큰 이유가 될 것으로 추측됨그 외의 다른 오차 발생 원인으로는 외적인 요인, 즉 온도와 진동 등이 있음확산 속도는 용매의 점성, 농도차, 온도차 등의 다양한 요인에 영향을 받음이번 실험은 1M NaCl에서는 17.8~17.9도 사이, 산이 온도에 영향을 받는 만큼 실험중에 있던 온도변화가 실험결과에 영향을 미쳤을 것또 기체보다 점성이 훨씬 큰 액체의 특성상 진동과 같은 외력에도 크게 영향을 받음그에 따른 물질의 확산에도 영향이 미쳤을 것불균일한 실제 액체라 하더라도 외력은 최대한 배제하고 측정되어야 함하지만 책상과 실험실의 진동이 약한 교반을 일으켜 확산에 영향을 주었을 것마지막으로는 모세관 안쪽에는 기포가 제거되어야 하나, 실제로는 완벽히 제거되지 않았을 수 있음이로써 모세관을 통해 물질이 이동하는 과정에서 확산에 방해가 되어 결과에 영향을 주었을 것으로 추측문헌값과의 오차비교확산계수의 이론값은 정확히 찾기가 매우 어려움이번 실험에서는 약 17~18 Cellcius에서 실험을 진행하였고, 용매는 수용액, 농도는 0.1M과 0.2M로 실험을 진행확산계수는 용매, 온도, 용질의 농도 등에 큰 영향을 받음이번 실험에서의 조건과 정확히 일치하는 문헌값을 찾기 어려움하지만 이런 것들을 모두 무시하고 문헌값을 찾은 결과, 1M NaCl : 3.33 * 10-11 cm2/s, 2M NaCl : 5.58 * 10-11 cm2/s를 얻음 (절댓값)위와 같이 얻은 문헌값은 용매가 물이 아니며, 실험 동안 측정된 온도도 다름위와 같이 얻은 문헌값으로는 오차율을 구하는 것이 크게 의미있지 않음하지만 위의 문헌값을 통해 실험에서 나온 확산계수가 매우 작을 것으로 추측할 수 있음실험에서는 1M NaCl : - 6.69 * 10-8 cm2/s, 2M NaCl : - 6.14 * 10-11 cm2/s를 얻음실험 결과 어느정도 이론값과 비슷할 것으로 추측참고문헌성기천,이진휘,김기준 공저, “화학 공학 실험”, 사이텍 미디어, 서울, P.501～508, 2000.고완석,심현호,유일증,이종집,허광선 공편저, “단위조작”,보문당, P.209～318, 2003.김선근,김성현,김화용,홍덕희 공역, “분리공정 원리”,교보문고, P.103～170, 1999.Rovert H. Perry, "Perry's Chemical Engine4.

공학/기술| 2021.12.22| 11페이지| 1,500원| 조회(811)

확산, 액체의 확산, 액체의 확산계수 결과레포트

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온도 측정 시 복사에 의한 오류 (Radiation errors in temperature measurement)

Report온도 측정 시 복사에 의한 오류(Radiation errors in temperature measurement)목 차실험 제목실험 목적실험 이론실험 데이터실험 결과 및 계산고찰참고 문헌실험 제목 : 온도 측정 시 복사에 의한 오류(Radiation errors in temperature measurement)실험 목적복사에 의해 온도계와 그 주위 사이에서 일어나는 열의 전달은 온도계의 측정값에 영향을 주게 되는데, 특히 측정하는 것이 기체의 온도이고 주변의 온도가 기체의 온도와 다르게 되면 그에 의한 영향이 크게 나타난다. 이런 오차는 그 외에도 온도계 주위를 지나가는 기체의 속도나 온도계의 크기, 온도계 자체의 복사율 등의 다른 요인에 의해서도 발생한다. 본 실험에서는 도관의 중심부를 통과하는 공기의 온도를 측정하기 위해 여러 개의 열전쌍을 사용하는데, 이 때 도관 벽을 가열하여 복사원으로서 작용하게 한다. 각각의 열전쌍은 도관 벽에서의 복사에 의해 열을 얻고, 철선에 의한 전도와 흐르는 공기에 의한 대류에 의해 열을 잃게 된다. 그 결과 열전쌍의 온도는 그 주변을 흐르는 공기의 온도보다 더 높아지게 되는데, 실험에서 측정되는 온도가 바로 이 온도이다. 이 때의 측정 결과로부터 온도 측정 시의 오차를 일으키는 요인과 그 영향을 줄이거나 없앨 수 있는 방법을 생각해 볼 수 있다. 본 실험에서는 열복사와 아래의 요인들에 의하여 온도 측정이 어떻게 영향을 받는지를 살펴보는 것을 목표로 한다.. 센서와 그 주변 사이의 온도 차이에 의한 영향. 공기 속도의 영향. 센서의 크기에 의한 영향. 센서의 복사율에 의한 영향. 측정에서의 오류요약하면, 온도계와 주변 환경 간의 Radiation은 온도계에서 측정되는 온도 값에 큰 영향을 줄 수 있다. 특히 온도 측정의 대상이 기체인 경우, 온도계는 기체보다 온도가 높은 주변 고체 표면에 의한 영향을 받기 쉽다. 또한 온도계에 의한 온도 측정은 기체의 유속이나 온도계의 크기 및 Emissivity에 의한 영향을 받는다 값에 오차가 생기게 된다. 즉, 온도 센서를 사용하여 주변을 흐르는 기체의 온도를 측정할 경우 정확한 측정을 위해서는 센서가 기체와 동일한 온도로 안정화되어야 한다. 이상적인 조건 하에서는 일정한 유속으로 흐르는 기체의 Convection으로 인해 센서가 열을 잃거나 얻기 때문에 기체와 같은 온도를 유지하게 된다. 하지만 센서에 영향을 주는 Radiation이 존재할 경우 센서는 기체와 같은 온도로 안정화되지 않게 되며 이는 온도 측정의 오차로 이어진다. Air와 온도 Sensor 간의 Free Convection 경우, Nusselt Number (Nu) 는 Grashof 와 Prandtl Numbers에 의존하게 되며 다음과 같은 상관관계를 가지게 된다.Nu=f(Gr,Pr) and the Rayleigh Number Ra=(Gr,Pr)또한 Morgan이 제시한 실험적 관계에 의하면 다음과 같은 관계가 성립된다.(simplified empirical equation from McAdams)RaReynolds NumberkThermal Conductivity of AirGrGrashof NumberDDiameter of Cylinder (m)Nusself Number (Mean)Surface Temperature of Sensor (K)PrPrantl NumberAmbient Temperature of Air (K)Heat Transfer Area of Sensor (㎡)Mean Heat Coefficient for ConvectionHeat Loss Due to Natural Convection (W)한편 Cylinder 와 온도 Sensor 간의 Radiation은 다음과 같은 관계로 표현될 수 있다..σStefan Boltzman Constant (W/[m2k4]) = 56.7×Heat Transfer Area of SensorεEmmisivity of SurfaceSurface Temperature of CylinderFView Factor = 1Su체의 온도 측정을 위해서는 감지기의 온도가 안정화되어야 한다. 이상적인 조건에서는 기체와 온도 감지 장치의 온도가 같아지는 동안 대류에 의해 감지 장치와 기체 사이에 열 교환이 일어난다. 그러나 열복사원이 영향을 미칠 경우에는 오차가 발생한다. 유체가 담겨있는 용기 벽의 온도가 유체 내부의 온도와 다르다면, 열전쌍이 주위의 공기와 대류에 의하여 열을 교환하기도 하지만 용기 벽의 복사의 영향도 받기 때문에 측정 결과에 오차가 발생하게 된다. 만약 용기 벽의 온도( )가 기체의 온도 보다 높다면, 열전쌍(Thermocouple)은 두 온도 사이의 어떤 중간적인 온도( )를 나타낸다. 이 때의 식은 다음과 같다.위의 식을 기체의 온도 Tg에 대하여 정리하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.: 대류에 의한 열 전달 계수, : 복사에 의한 열 전달 계수이를 오차인 - 에 대해 정리하면 다음과 같다.이 때 view factor Fcs는 다음 식을 통해 구할 수 있다.또한, Radiation에 의한 Heat transfer Coefficient Hr은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.즉, 열전쌍에서 측정된 온도와 공기의 온도 간 차이는 표면과 열전쌍에서 측정된 온도 간 차이 및 View Factor에 비례함을 알 수 있다.실험 데이터공기의 강제 유속이 없는 상태에서 전압을 변화시키면서 측정한 DataHeaterControl(V)HeaterVoltage(V)Heatercurrent(A)Air EnteringDuct (T6)PolishedBead Temp(T7)Small BeadTemp (T8)Large BeadTemp (T9)Duct Wall Temp(T10)Ua (m/s)358.63.229.536.236.836.893.005513.435.029.744.645.845.7147.507618.26.730.060.564.867.1222.20위의 실험이 끝난 후, 전압을 76V로 유지하면서 유속을 바꾸어주며 측정한 DataHeaterControl(V)HeaterVoltage(V) 어떻게 변하는지에 대한 그래프 (그림4)355576T7 - T66.714.930.5T8 - T67.316.134.8실험 고찰그림1에서 보면 전압이 증가하여 온도가 증가할수록 열전쌍과 주변의 온도 차이가 증가함을 알 수 있다. 이는 이론에서 알아본 식을 통해서 알아볼 수 있다.전력량이 증가함에 따라서 벽의 온도 T10(=Ts)값이 올라감에 따라서 - 값도 증가해야 한다. 여기에서 실험값을 이용한 결과값은 아래와 같다.355576(T7-T6)/(T10-T7)0.1179577460.1448007770.188620903(T8-T6)/(T10-T8)0.0659439930.1583087510.221092757(T9-T6)/(T10-T9)0.1298932380.1571709230.239200516이 결과값을 통해서 온도가 증가할수록 값이 증가함을 알 수 있다. 이는 Fc는 emissivity에 의한 값이므로 변화하지 않으므로 의 영향력이 에 비해 더 커졌음을 확인할 수 있다. 위의 table에서 구한 값을 다시 각 온도로 나누어서 값이 constant로 나오는지 확인한다.355576Ts = T70.0032585010.0032466540.003117701Ts = T80.0017919560.0034565230.003411925Ts = T90.0035297080.0034391890.003564836이 경우 constant로 나와야 할 값이 온도가 올라감에 따라 점점 내려가거나, 올라가거나, 또는 유지되는 것을 확인하였다. 이에 대해서는 후에 오차를 논의할 때 다루겠다. 그림2를 통해서는 공기 속도가 어떠한 영향을 미치는지 확인할 수 있다. 공기의 속도가 증가하면 온도 차이는 작아진다. 이는 대류에 의한 에너지 교환은 주로 액체나 기체의 흐름에 따라 일어나게 되는데 공기의 속도가 커지면 그 기체의 흐름이 커지므로, 대류에 의한 열전달이 크게 일어나게 되어 공기의 유속변화에 따른 공기와 열전쌍 간의 대류에 의한 에너지 교환이 증가하기 때문이다.위 식에서 Hc가 증가하게 되고 결국짐이 확실히 보인다.이번 실험에서는 실린더의 직경이나 흑체가 아닌 Polished Bead Temperature의 방사율 등의 정보가 주어지지 않았다. Emissivity나 bead의 radius와 같은 정보가 있었다면 얼마나 실험이 더 정확하게 이루어졌는지 확인할 수 있었을 것이다. 그리고 air entering duct가 열원에서 너무 멀어서 실질적으로 T7-10까지의 열전쌍들 주변의 환경을 충분히 반영하지 못한 점이 안타깝다. 이 경우에 T6의 bead를 복사율이 매우 작고(이 경우 0에 가까울수록 좋다.) 그 이외의 열전달 성질은 같은 물질을 이용하여 다른 열전쌍에 최대한 근접시킨다면 더 인상적이고 정확한 결과를 확인할 수 있을 것으로 보인다. 이번 실험은 bead의 성질과 전도, 복사에 의한 열전달의 경향성을 실재적으로 경험할 수 있었다는 측면에서 충분히 의미 있는 실험이었다.오차의 발생에 대해 생각해보면, 그림1에 대한 결과 분석을 할 때 constant로 유지되어야 할 값이 점점 작아지거나, 커지거나, 또는 유지되는 것을 확인할 수 있었다... (V=35일 때는 작아지고, V=55일 때는 커지고, V=76일 때는 유지되었다.) 이는 실험값과 이론값의 차이 때문으로 보인다. Data의 분석 때의 단위값을 보인 이 가장 영향력이 큰 factor이다. 이 factor에 오차고 있다고 생각하면 오차의 원인이 분명해진다. 가 실질적으로 열원과 열전쌍 주변의 공기 온도를 반영하고 있지 못하기 때문이다. 비록 steady-state라고 가정을 하고 실험을 하였다고 하더라도 heat-gradient가 실험 기구 내에 존재했고, air-duct가 열려있던 상태에서 는 열전쌍 주변의 공기 온도보다 값이 더 작았을 것이다.한편 위의 이론적인 오차 외에도 본 실험에 사용된 기기에 의한 오차도 어느 정도 있었다고 볼 수 있다. 본 실험과 같이 Thermocouple을 사용하여 온도를 측정할 경우, Thermocouple의 금속 조합이 측정 가능한 범위 내에서 실험을 진행983.

공학/기술| 2021.12.01| 12페이지| 1,500원| 조회(352)

화학공학실험, 온도 측정, 온도 측정 시 복사에 의한 오류 실험

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복사의 복합 열전달 결과레포트 평가A+최고예요

Report대류와 복사의 복합 열전달(Combined Convectionand Radiation)목 차실험 제목실험 목적실험 이론실험 데이터실험 결과 및 계산고찰참고 문헌실험 제목 : 대류와 복사의 복합 열전달 (Combined Convection and Radiation)실험 목적이번 실험의 목적은 자연대류 조건에서 복사열과 대류열이 어떻게 전달되고, 또 이의 변화 요인에는 어떤 것들이 있는지 알아보는 것이다. 이를 위해 전압을 변화시키며 열전달에서 대류와 복사 중 어떤 것이 온도에 따라 지배적인 영향을 끼치는지 실험 데이터를 이용해 직접 구해본다. 마지막으로 전체 공급된 열이 복사열과 대류열의 합과 같은 지 확인해 볼 것인 것, 만약 같지 않다면 그 이유가 무엇일지 생각해 본다.실험 이론1. 정상 상태와 비정상 상태- 정상상태(steady state): 계에서의 어떤 점에서 시간에 따른 물리량의 변화가 없는 상태- 비정상상태(unsteady state): 시간에 따른 물리량의 변화가 있는 상태1. 정상 상태와 비정상 상태2. 열전달- 온도차에 의하여 일어나는 “에너지의 이동”- 하나의 매체에서나 두 매체들 사이에 온도 차가 존재하면 반드시 열전달이 일어난다.- 열전달을 일으키는 힘(driving force)은 온도구배(temperature gradient)이다.- 열전달은 전도, 대류, 복사 세가지 방식을 통해 일어난다.3. 대류,복사대류 (convection) : 표면과 이와 다른 온도를 가지고 운동하고 있는 유체 사이에서 발생되는 열전달을 뜻한다. 전도(conduction)와 유체운동(fluid motion)이 복합적으로 영향을 주게 된다. 유체운동이 빠르면 대류 열전달 도 많아지게 된다.열복사 (thermal radiation) : 물 질이 전자파(electromagnetic wave) 또는 광자(photon)의 형태로 방출되는 에너지 로 물질의 원자나 분자의 구조가 변화는 특징을 가지고 있다. 복사는 중간 매질이 없어 광속과 같이 가장 빨리 열전달이)D = 실린더 직경(m)L = 실린더의 가열된 길이(m)= 주변 공기 온도(K)열 전달 면적 (표면 면적) : = ()자연 대류로 인한 열 손실 : (W)복사로 인한 열 손실 : (W)실린더로부터의 총 열 손실 : (W)이때,= Rayleigh 수(무차원)= Grashof 수(무차원)= Nusselt 수 (평균)(무차원)= Prandtl 수(무차원)= 중력 가속도 = 9.81(ms-2)= 부피증가 계수(K-1)= 공기의 점도(m2s-1)= 공기의 열전달도(Wm-1K-1)(※ 는 박막온도 에서 얻은 공기의 물리적 수치이다.)아래의 표는 자연 대류에 대한 상수 c와 지수 n을 열거하고 있는 표다. (from Morgan)10-9 ～ 10-20.6750.05810-2 ～ 1021.0200.148102 ～ 1040.8500.188104 ～ 1070.4800.250만약 수평 실린더의 표면 온도가 주변의 온도보다 높고, 강제대류가 없는 정체된 공기 속에 있을 때, 열손실은 공기로의 자연대류와 주변으로의 복사인 복합 형태로 일어날 것이다.자연 대류에 대한 열전달 계수는 다음과 같이 단순화된 방정식을 통해 구할 수 있다.- Hcm의 값은 완전한 실험식(full empirical equation)과 간단한 식(simple empirical equation), 둘 다 이용하여 구한 후 값을 비교해야 한다.자연대류에서 열전달계수실린더로부터의 총 열 손실 : (W)자연 대류에 의한 열 손실 : (W)복사에 의한 열 손실 : (W)열 전달 면적 : = (m2)여기에서:가열된 실린더에 대한 실제 공급 전력 Qin = V * I (W) 이다.실험 데이터Heater Control133878Heater Voltage (V)3.09.218.9Heater Current (A)0.51.73.3위쪽 공기 온도(Ta) (K)297.65307.95309.35실린더 표면온도(Ts) (K)315.75467.45761.95열 흐름 (Qin) (W)1.515.6462.37열 전달 면적 (As) (m2)0.aD3.06.221306.70.00326052107.3781501.2509.213.087387.70.00257936660.1904692.60518.939.024535.650.00186694620.5643299.242구한 값에서 RaD가 102~104 사이의 값이 나왔으므로, 아래와 같은 값들을 이용한다.10-9 ～ 10-20.6750.05810-2 ～ 1021.0200.148102 ～ 1040.8500.188104 ～ 1070.4800.250위 값을 대입해 마저 Num과 Hcm을 계산하면, 아래와 같은 값이 나온다.Heater voltage (V)Hrm (W/m2K)Num (from Morgan)Hcm (W/m2K4)3.06.2213.3628.82469.213.0874.16513.29518.939.0243.89816.480다음으로, 단순화된 방정식(simplified empirical equation)으로 Hcm을 구한다.Heater Voltage (V)Hcm3.08.60989.214.83418.919.253자연 대류에 의해 전달된 열과 복사에 의해 전달된 열을 계산한다. 이때, 자연대류에 의한 열전달 계수는 완전한 실험식(full empirical equation)에 의한 계수를 사용하였다.Heater Voltage (V)Hcm (W/m2K)Qc (W)Qr (W)3.08.82460.35120.24769.213.2954.6634.59018.916.48016.40238.839총 전달된 열을 계산하고 비교한다.열 흐름 (Qin) (W)1.515.6462.37열 전달 면적(As) (m2)0.0021990.0021990.002199자연대류 열전달 계수(Hcm) (W/m2K), 완전한식8.824613.29516.480복사 열전달 계수 (Hrm) (W/m2K)6.22113.08739.024자연대류에 의한 열전달 (Qc) (W)0.35124.66316.402복사에 의한 열전달 (Qr) (W)0.24764.59038.839총 열전달 (Qt) (W)0.59899.253455.46313048.6098101467.4513.2949659914.834199761.9516.4802728919.253184데이터를 통해 그린 그래프를 비교하면, 단순화된 식으로 얻은 Hcm이 완전한 식으로 얻은 Hcm보다 조금 더 큰 것을 알 수 있다.가해준 전력(Qin)에 따른 실린더 표면(T10)의 온도변화QinTemperature1.5315.7515.64467.4562.37761.95실린더 표면(T10)에서와 주변 온도(T9)에서의 온도 차이에 따른 Qtotal값 변화를 알아본다.Heater voltage (V)Ts-TaQtotal318.10.59885949.2159.59.253350218.9452.655.241865데이터를 통해 그래프를 보면 실린더의 표면온도와 주의 온도의 차이가 커질수록 Qtotal값이 증가하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 실린더로부터 주위에 전달된 열의 양이 실린더 표면온도와 주위 온도의 차이가 커질수록 증가함을 알 수 있다.전압에 따른 Qin과 Qtotal을 비교한다.Qin (열 흐름)1.515.6462.37Qtotal (전달된 열)0.59885949.253350255.241865위 그래프를 통해 가해준 열이 100% 완전히 전달되지 않았음을 알 수 있다.실험 고찰이번 실험에서는 자연대류 조건에서 넓은 범위로 전력을 변화시켜 공급해 공급해준 전력에 따른 실린더 표면온도의 변화를 측정하였다. 이를 통해 복사와 대류의 복합 열전달이 어떤 상황에서 더 우세한지 알아보았다. 실험 데이터를 처리한 결과, 높은 온도에서는 복사가 더 우세함을 볼 수 있었다. 또 자연 대류조건에서 공급해준 전력에 따른 실린더의 표면온도의 관계를 분석하였는데, 공급해준 전력에 비례해 표면온도가 증가함을 알수 있었다. 하지만 공급해준 전력이 10배 이상 강해졌을 때, 표면온도가 10배 이상 높아지지는 않았다. 이는 열전달이 일어나는 과정에서 손실이 있었기 때문일 것으로 추측된다. 이에 더해 실린더 표면과 주위 온도의 변화 (Ts-Ta)에 따른 Qtotal값을 그된 식(simplied empirical eqution)과 완전한 식(full empirical equation)을 모두 이용해 Hcm을 구하였는데, 이 둘 사이의 차이가 존재하는 것을 볼 수 있었다. 단순화한 방정식의 Hcm이 완전한 실험식의 Hcm보다 크게 계산되는 이유는, 단순화된 Hcm에서는 온도와 직경만 고려하였기 때문에 중력가속도, 부피증가계수, 공기의 점도, 공기의 열전도 등을 고려한 완전한 식의 Hcm의 차이가 생길수 밖에 없기 때문이다. 이 둘의 차이는 결과 및 계산 과정에서의 그래프에서 나타내었으며, 완전한 식보다 단순화된 식의 Hcm값이 더 크게 나왔다. 이런 이유로 여러 요인들을 두루 고려한 완전한 식의 Hcm이 단순화된 식의 Hcm값보다 더 정확하다고 생각되어 Qc를 계산할 때는 완전한 실험식으로 얻은 Hcm을 사용하였다. Qc는 전압이 커질수록 커졌고, Qtotal 또한 전압이 커질수록 커졌다. 자연대류에서는 히터 전압이 커질수록 Ts와 Ta의 온도차이가 커졌으므로 Hrm도 커졌다. 따라서 Qr도 전압이 커질수록 커진다.실험에서 얻은 Qin과 Qtotal을 이용해 오차율을 구하면,오차율 : (Qin – Qtotal)/Qin * 100 (%)Heater voltage (V)39.218.9오차율 (%)60.0760440.83535711.428787가해준 전압에 따른 오차율이 다음과 같이 나타난다. 오차율은 가장 낮은 전압일 때 가장 높았고, 전압이 높아질수록 오차율이 낮아지는 양상을 보인다. 이러한 오차율이 생긴 이유는 다양한데, 먼저 측정된 수치들로부터 각 값들(Hcm, Hrm, Qc, Qr, Qtotal, Qin…etc)을 계산할 때의 약간의 오차들이 생겼고, 이런 오차들이 누적되기 때문이다. 또 전체 공급된 열(Qin) 대비 전달된 열(Qtotal)의 값이 일치하지 않았다. 이를 통해 전체 공급된 열이 대류열과 복사열의 합과 일치하지 않아 이번 실험의 오차에 영향을 주었을 것을 생각해 볼 수 있다. 또한 이번 실험에서는 전도에 의한 78

공학/기술| 2021.11.02| 17페이지| 1,500원| 조회(673)

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