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열전달 프로젝트 관군을 가로지르는 유동

관군을 가로지르는 유동목 차1. 서 론- 목적2. 본 론 (관련 자료 및 정보)- 집중 열 용량 법- 무차원수- 관군을 통한 유동- 관군을 가로지르는 유동의 대한 실험 장치 및 실험 방법- 실험결과- 계산 과정- 결과 값 분석3. 결론- 고찰- 실험 목적관군 유동에서의 가열된 원형 실린더 주위 대류 열전달 실험을 통하여 원형 실린더 표면의 온도 및 풍속 등을 측정하고, 대류 열전달률을 계산한다. 관군의 위치에 따라 레이놀즈수와 대류 열전달계수, 너셀수가 어떻게 변하는지 그래프를 통해 확인하고 상사성의 존재를 확인한다.- 집중 열용량법( Lumped thermal capacity model )공통적인 과도열전달 문제는 고체가 열환경의 급격한 변화를 겪는 문제이다. 초기에 균일한 온도 T인 뜨거운 금속 단조품을 T보다 낮은 온도인 액체에 담그어 담금질 시키는 경우에 시간 t=O 부터 담금질이 시작된다고 하면 고체의 온도는 시간 t>0 동안 하강하여 결국 나중온도에 이를 것이다. 이러한 하강은 고체-액체계면에서 일어나는 대류열전달에 기인한다. 집중 열용량법의 근본적인 원리는 고체의 온도가 과도적 프로세스 중의 임의의 순간에 공간적으로 균일하다고 가정하는 것이다Fourier 법칙으로부터 온도구배가 없는 열전도는 무한대의 열 전도율이 존재한다는 것을 뜻한다. 이러한 조건이 불가능하다는 것은 명백하다. 그러나 비록 이 조건이 결코 만족되지 않을지라도 고체내의 전도에 대한 저항이 고체와 그 주변 사이의 열전달저항에 비하여 작다면, 이 조건에 가깝게 근사화 된다.집중 열용량법의 근본원리는 고체의 온도가 과도적 프로세서 중의 임의의 순간에 공간적으로 균일하다고 가정→온도의 구배를 무시. 온도의 구배를 무시하면 Fourier 법칙의 열전도는 무한대의 열전도율로 불가능하다. 그래서 고체내의 전도의 저항이 고체와 주변사이의 열 전달량에 비해서 작다고 가정한다.{ ∂} over {∂t } rho v{C }_{p }△T〓0-hA(T- { T}_{e }){ ∂T} over {∂t } = 경우에는 원통의 지름, 흐름 속에 球가 있는 경우에는 그 구의 반지름), 유속, 유체밀도, 점성률 등의 관계식으로 정의된다. (여기서는 운동점성계수). 흐름 상태는 레이놀즈수에 의해 크게 달라지므로, 레이놀즈수는 유동특성을 나타내는 조건이 된다. 레이놀즈수가 작은 동안은 정류(整流)상태이었던 흐름도, 레이놀즈수가 임계값[臨界値:臨界레이놀즈수라 한다]을 넘게 되면 불규칙적으로 변동하는 난류(亂流)로 변하게 된다.Re ={관성력} over {점성력} ={VD} over {nu }2) 너셀수 (Nusselt number)비슷한 물체의 열전달에 관한 무차원수의 한가지로서Nu ={ { h}_{c } ?D } over {k }{h }_{c }: 열전단률D: 길이 또는 관지름k: 유체의 열전도율- 관군을 통한 유동관군을 가로질러 일어나는 유동은 정렬형과 어긋나기형 두가지 형상으로 나눌 수 있다. 관 군 내에서의 유동은 각 관에서 일어나는 경계층 박리뿐 아니라 그 결과 생성된 와류와 관벽 또는 주변의 다른 와류와의 간섭을 갖는 매우 복잡한 유동이다.1) 평균속도{V} over {V _{0}} =V : 관을 가로지르는 공기의 평균속도V_{ 0} : 관군 밖의 공기속도D : 관경 S: 관의 세로간격 S: 관의 가로간격2) 너셀수 (Nusselt number : NU)① 맨 앞열NuD1 = 0.3+{0.62Re _{D} ^{{1} over {2}} Pr ^{{1} over {3}}} over {[1+(0.4/Pr) ^{2/3} ] ^{1/4}}ReD : 관군을 흐르는 Re 수 Pr : 플랜틀 수 (0.69)② 뒷 열NuD ={1+(N-1) PHI } over {N} NU u _{D} ^{1}N : 관이 위치한 열PHI =1+ {2} over {3P _{L}} (어긋나기 형 관군) ,P _{L} =`S _{L} /D-실험장치 및 실험방법1 : Inlet , 2 : 정류기 , 3 : 실험부 , 4 : 송풍기(원심팬)송풍기 회전수 조절기구리봉과 마노메터시험부① 송풍기의 회전수를 102.7351006452.1811005675.5311005385.85810047110.2471106252.3111105474.8181105184.87711044113.6471206052.6641205274.6191204984.55112042113.4811305853.2151305074.8721304784.80613041109.4211405751.6481404972.4721404585.60914039111.1281505552.5731504773.4981504386.96215037113.9291605353.6611604574.9081604285.11116036112.1851705252.6721704473.5361704087.47017035111.1071805151.8691804372.4691803986.43318034110.671hc평균49.245hc평균73.349hc평균83.902hc평균110.480속도(m/s)3.456속도(m/s)4.943속도(m/s)6.939속도(m/s)10.946평균온도 (K)339.7평균온도 (K)333평균온도 (K)330.2평균온도 (K)324.82) 2열1000rpm1500rpm2000rpm3000rpmt(시간)T(온도)hct(시간)T(온도)hct(시간)T(온도)hct(시간)T(온도)hc108665.014108499.125108499.1251082134.403208267.201207994.8442078104.3982074144.487307869.599307496.3243072110.5093067148.761407567.084407093.9774067111.5714062143.856507266.305506694.1705063109.6545057144.614606966.473606295.9046059110.2426053143.096706667.264705994.4937056107.9027049144.944806368.534805694.4148052111.9298046143.672906167.034905395.3979050108.*************5.363506979.7685063109.6545059132.2915053171.715606678.4756059110.2426055131.4336049169.102706378.3247056107.9027051133.3787045171.217806078.9968053107.3228048132.2018042170.221905876.8679050108.1489046127.7099040165.2211005675.53110048105.76110044125.01210038162.9521105474.81811046104.48911042123.79711036163.1781205274.61912044104.17712040123.91512034166.0071305074.87213042104.75213038125.34813033162.0651404875.54314040106.21314036128.21114032159.7131504676.62515039103.72015035125.92115031158.9081604574.90816038101.84516034124.50516030159.7491704473.53617037100.52517033123.93217029162.5311804372.4691803699.72018032124.22118029153.502hc평균76.507hc평균105.162hc평균126.572hc평균164.638속도(m/s)3.456속도(m/s)4.943속도(m/s)6.939속도(m/s)10.946평균온도 (K)332.4평균온도325.9평균온도322.2평균온도317.2- 계산과정① 실린더안의 구리봉은 lumped thermal capacity model을 적용하여 구리봉의 어디에서나 일정한 온도를 가진다고 가정한다.②{T - T_e} over {T_0 - T_e} = exp^{-{hAt} over {rhoVc}} `식으로부터h_c```=```-{rhocr} over {2t}ln{T - T_e}over{T_o - T_e}을 구한다.( t=시간, ρ=구리 한 열PHI =1+ {2} over {3P _{L}} (어긋나기 형 관군) ,P _{L} =`S _{L} /DPHI : 정렬계수S _{L} : 관의 가로간격 (18mm)1000rpm1500rpm2000rpm3000rpm평균온도(K)335.1328.6325.3320동점성계수()122.758120.377119.168117.227열전도율(380380380380Re556.314811.3511150.5771845.036Nu14.11416.97220.12425.387ⅲ) 3열2열과 같은 계산법을 따른다.1000rpm1500rpm2000rpm3000rpm평균온도(K)332.4325.9322.2317.2동점성계수()121.769119.388118.033116.201열전도율(380380380380Re560.832818.0721161.6411861.326Nu14.971821.34426.925a.공기로의총열전달률q=h바N pi DL {(Ts-T`i)-(Ts-T`0)} over {ln[(Ts-Ti)/(Ts-T0)]} =h바N pi DL TRIANGLE T _{`l``m} ,,,,V _{max} = {S` _{T}} over {S _{T} -D} V= {15} over {5} 5=15Re _{D`,`m`a`x} = {15(0.01)} over {15.8 TIMES 10 ^{-6}} `=9494NU u _{D} 바`=0.99 TIMES 0.27(9494) ^{0`.`6`3} (0.707) ^{0.`3``6} ( {0.707} over {0.695} ) ^{1/4} =75.9h바`= NU _{D} 바` {k} over {D} =79.9 TIMES 0.0263 TIMES 0.01=200W/m ^{2} BULLET KTs-T0`=`(Ts-T`i)exp(- {pi DNh바} over {rho VN _{T} `S _{`T`} ``c _{p}} )=75exp( {pi (0.01)196(200)} over {1.17(5)14(0.015)1007} )=27.7q=200 TIMES 196 pi (0..

공학/기술| 2020.11.22| 16페이지| 1,500원| 조회(151)

프로젝트, 열전달, 관군을가로지르는유동

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계명대학교 기계요소설계 프로젝트(베어링)

1. 서론베어링의 수명베어링은 정상적인 조건에서 사용되어도, 궤도륜과 전동체의 구름면은 반복된 압축응력을 받으면, 재료의 피로에 의한 플레이킹이 발생하여 사용할 수 없게 된다.?베어링의 수명이란, 이와 같은 플레이킹이 궤도면 또는 전동면에 발생하기까지의 총 회전수로 정의된다.구름베어링에 요구되는 기능은 각각의 용도에 따라 다르기는 하지만, 정해진 기간 동안 지속되어야 한다는 점이다. 베어링을 어떤 용도에 바르게 사용하여도 시간이 경과됨에 따라 음향, 진동의 증가, 마모에 의한 정도 저하, 윤활 그리스의 열화, 구름면의 피로손상 등에 따라 사용할 수가 없게 된다. 이 베어링이 사용불능이 되기까지의 기간이 넓은 의미로 베어링수명이며, 각각 음향수명, 마모수명, 그리스 수명, 구름피로수명 등이라 불리고 있다. 이상과 같은 수명이외에 베어링을 사용하기 어려워지는 현상에는, 타붙음, 균열, 깨짐, 궤도륜의 유해한 뜯김, 밀봉시일의 손상 등이 있다. 이것들은 베어링의 고장으로서 수명과 구별되어야 할 성질의 것이며 베어링 선정의 잘못, 축, 하우징과 주변의 설계불량, 설치불량, 사용방법 혹은, 보수방법의 잘못 등에 기인하는 경우가 많다.○ 구름피로수명, 정격피로수명, 기본 동정격하중구름베어링이 하중을 받아 회전하면, 내륜, 외륜의 궤도면 및 전동체의 전동면은 끊임없이 반복하여 하중을 받으므로 재료의 피로에 따라 플레이킹이라 불리는 비늘형태의 손상이 궤도면 혹은 전동면에 나타난다. 이 최초의 플레이킹이 생기기까지의 총회전수를 구름피로수명이라 하며, 좁은 의미로 수명이라고 불릴 때가 많다.베어링의 피로수명은 치수, 구조, 재료, 열처리, 가공방법 등을 동일하게 한 수많은 베어링을 동일조건으로 운전해도 상당히 큰 산포가 발생한다. 이것은 재료의 피로 그 자체에 산포가 있기 때문이다. 따라서 이 수명의 산포를 통계적 현상으로 취급하기 위해서 다음과 같이 정의된 정격피로수명을 사용한다.정격피로수명이란 일군의 동일 호칭번호의 베어링을 동일운전조건으로 각각 회전시켰을 때 그중 90%의 베어링이 구름피로에 의한 플레이킹 없이 회전할 수 있는 총회전수를 말한다. 일정한 회전속도로 운전될 경우에는 정격피로수명을 총 회전시간으로 나타내는 경우도 많다. 베어링의 수명을 검토할 경우, 이 피로수명만을 생각하게 되는데 베어링에 요구되는 기능에 따라서는 어느 정도의 사용한도를 같이 생각해 볼 필요가 있다. 예를 들면 그리스 봉입베어링의 그리스 수명은 대개 산정할 수 있다. 음향수명이나 마모 수명 등은 베어링의 용도에 따라 사용한도의 기준이 달라지므로 미리 경험적인 한도를 정해놓는 경우가 많다. 기본 동정격하중이란, 구름 베어링의 동적 부하능력 나타내는 것으로 100만 회전의 기본정격수명을 갖게끔 하는 일정부하를 말한다. 레이디얼 베어링은 순수 레이디얼 하중, 스러스트 베어링은 순수 액시얼 하중으로 나타내고 각각을 기본 동레이디얼?정격하중(Cr) 또는 기본 동액시얼 정격하중(Ca)라고 말한다.2. 이론1)프로젝트에 사용된 이론? 베어링의 필요한 수명 시간을 500으로 나누어,{1} over {3}제곱을 곱한 값이 수명 계수f _{h}가 된다.? 레이디얼 하중F _{r}과 스러스트 하중F _{a}가 동시에 작용할 때 레이디얼 하중 또는 스러스트 하중만이 단독으로 가해지는 경우롸 같은 수명을 주는 하 중으로 계산해야 하는데, 이 조합하중을 등가 하중이라 한다. 이 때, 등가 하중을 레이디얼 하중으로 환산하는 것을 등가 레이디얼 하중이라 한다.? Y값을 가정하여 계산한 후 그 베어링이 요구조건을 만족시키는 가를 검토 하는 방법으로 구한다.? 이 프로젝트에 사용된 베어링은 내륜 회전 하중이다.2)프로젝트에 사용된 식? 수명계수f _{h} = root {3} of {{L _{h}} over {500}} `````````? 속도계수f _{n} = root {3} of {{33.3} over {n}} ``````(n`:`rpm)? 등가 레이디얼 하중P _{r} =VXF _{r} `+`YF _{a``````} ``````X=`레이디얼계수#```````````````````````````````````````````````````````````````````````Y=`스러스트`계수#```````````````````````````````````````````````````````````````````````V=`회전`계수? 기본정격하중(C)C``=` {f _{h}} over {f _{n}} TIMES P3. 과정60형(표1참조)의 단열 레이디얼 볼 베어링을 사용하여 900[rpm]으로 레이디얼하중과, 스러스트하중을 동시에 받게 하고 수명 12000시간을 필요할 때 적합한 베어링을 선정하여라. 이 때 레이디얼하중과 스러스트하중은 아래범위에서 임의로 결정하여라.레이디얼 하중 : 200 ~ 300[kg _{f}]스러스트 하중 : 100 ~ 150[kg _{f}]베어링종류베어링 번호{F _{a}} over {F _{r}} ` LEQ e{F _{a}} over {F _{r}} ` SUCC ee ^{*}xyxy단열고정형레이디얼볼 베어링60, 6263, 64등의 각번호{F _{a}} over {C _{0}}=0.04=0.08=0.12=0.25=0.40100.350.350.340.330.3121.81.61.41.20.320.360.410.480.57종류단열 깊은 홈 볼 베어링호칭번호안지름620063006400번호dC[N]C _{0}[N]C[N]C _{0}[N]C[N]C _{0}[N]040506*************3*************0**************************8590951*************99*************090*************8*************470*************00*************069*************4801*************0*************40*************1060270*************50*************8031**************************40**************************0*************740*************602*************0*************8*************380**************************0*************1*************64**************************001*************2100--*************40*************0*************660749709**************************30--레이디얼 하중을 270[kg _{f}] 스러스트 하중을 140[kg _{f}]를 선정하였다. [kg _{f}]을 [N]로 바꾸기 위해 9.81m/s ^{2}을 각 곱해주었다. 그래서레이디얼 하중 :270[kg _{f} ]` TIMES `9.81[m/s ^{2} ]`=`2648.7N스러스트 하중 :140[kg _{f} ]` TIMES `9.81[m/s ^{2} ]`=`1373.4N이 되었다. 베어링의 호칭번호가 없으므로C _{0}의 값을 알 수 없어{F _{a}} over {C _{0}}로 Y값을 구할 수 없다. 그러므로, Y값을 가정하여 계산한 후 그 베어링이 요구조건을 만족시키는지를 검토하는 방법으로 한다. Y값을 가정하기 위해{F _{a}} over {F _{r}}을 구해보면{1373.4} over {2648.7} =0.52가 된다. e값과 비교해 볼 때,{F _{a}} over {VF _{r}} SUCC e가 되어야 하므로 에서 Y=1.8로, 또 내륜 회전 하중으로 가정하여 계산하였다.P _{r} =VXF _{r} `+`YF _{a`} `=`1 TIMES 0.35 TIMES 1373.4`+`1.8 TIMES 2648.7`=`3399.2N수명 12000시간에 대한 수명계수f _{h}은 아래 식에 의해f _{h} = root {3} of {{L _{h}} over {500}} `=` root {3} of {{12000} over {500}} `=`2.88900rpm에 대한 속도계수f _{n}은 아래 식에 의해f _{n} = root {3} of {{33.3} over {n}} `= root {3} of {{33.3} over {900}} `=0.333∴ 기본정격하중 C는C``=` {f _{h}} over {f _{n}} TIMES P``= {2.88} over {0.333} TIMES 3399.2`=`29398.5N` 그러므로, 에서 호칭번호6211(C=33320N,C _{0}=24790N), 6308 (C= 31360N,C _{0}=20340N), 6406(C=32830N,C _{0}=22740N)을 선정할 수 있다.4. 검증이 선정된 베어링으로 요구조건을 만족시키는가를 검토한다. 먼저, 6211의C _{0}=24790N 이므로,{F _{a}} over {C _{0}} `= {1373.4} over {24790} `=`0.055∴ 에서 0.055는 0.08과 0.04 사이이므로 Y값도 1.8과 2사이가 된다. 그러므로 Y값을 비례식으로 구한다.Y=2+ {0.055-0.04} over {`0.08-`0.04} ` TIMES (1.8`-2)`=1.925Y값이 구해졌으므로, 등가 레이디얼 하중을 구한다.P _{r} =VXF _{r} `+`YF _{a} `=`1 TIMES 0.35 TIMES 2648.7`+`1.925 TIMES 1373.4=3570.84Nf _{h} =f _{n} TIMES {C} over {P} `=`0.333` TIMES ` {33320} over {3570.84} `=`3.11정격 시간수명

공학/기술| 2020.11.22| 7페이지| 1,000원| 조회(308)

베어링, 계명대학교, 기계요소설계

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