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[최신] A+받음 기계공학실험 레이놀즈 유동 실험보고서

1. 실험 이론 실험 목적: 관을 지나가는 유체의 모양의 관찰하여, 유체의 유동에대해 유체학적으로 접근하여, 3가지의 유동 형태로 구분하는 목적을 가진 실험이다. 유체의 유동은 유동 특성에 따라 층류유동(Laminar Flow),천이영역(Transition Region), 난류유동(Tublent Flow)으로 구분할 수있다.레이놀즈수의 특정값을 기준으로하여 관을 지나가는 유동의 특성에 변수를 주어 난류,천이,층류로 변하는 것을 관찰한 후에 유동상태를 수치로 계산하여 이론적인 레이놀즈수 와의 관계를 알아본다.실험 배경 용어 레이놀즈 수 : 금속 용어사전, 성안당 레이놀즈 수: 유체의 흐름에서 점성에 의한 힘은 층류가 되게끔 작용하며, 관성에 의한 힘은 난류를 일으키는 방향으로 작용한다. 이 관성력과 점성력의 비를 취한 것이 레이놀즈 수이다. ρ = 유체의 밀도, υ = 유속, d = 유로의 지름,μ = 유체의 점성계수, υ=μ/ρ = 유체의 동점성 계수를 나타낸다. 층류: 두산백과 http://www.doopedia.co.kr 층류: 유체의 규칙적인 흐름으로, 흐트러지지 않고 일정하게 흐르는 것이다. 레이놀즈수 <2100 일 때 로 정의 할 수있다. 자연상태에서는 거의 볼수 없는 유동의 특성이다. 난류: 두산백과 http://www.doopedia.co.kr 난류: 유체의 각 부분이 시간적이나 공간적으로 불규칙한 운동을 하며 흘러가는 것을 말한다.물체에 대한 저항이 큰 특성을 가지고 있다. 자연상태에서 관찰되는 대부분의 유동 특성이다.레이놀즈 수> 4000 일 때로 정의 할 수있다.

공학/기술| 2020.11.22| 7페이지| 2,000원| 조회(146)

레이놀즈, 기계공학실험, 레이놀즈유동실험, 레이놀즈유동

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[최신] A+받음 기계공학실험 금속조직 및 경도 실험레포트 평가A좋아요

기계공학실험B Revision. 1기계공학실험1 보고서실험명 : 금속조직 및 경도 실험1. 실험 이론 (2 Page)이론 설명에 앞서 이번 실험은 금속조직 관찰 및 경도 측정이 목표인 실험이다.실험은 탄소함유율이 다른 두 가지 탄소강을 선택하고, 또한 열처리도 변수에 포함하는데, 이는 탄소함유율이 다른 두 탄소는 기계적특성,경도,미세조직이 다르기에 금속조직의 모습이 다르고, 실제 공정과정시 열처리를 하는데, 이때 또한 금속조직의 변화가 생기기 때문에 위 두가지를 변수로 두고 금속조직의 끼치는 영향을 실험,관찰한다.따라서 이번 실험에서는 탄소강 및 조직 , 열처리, 경도측정에 관한 이론을 사용한다. 탄소강은 가장 많이 사용되는 금속으로, 다양한 용도에 맞게 조성과 가공법을 조절하여 사용한다. 강에는 경화능,강도,경도,인성,내마모성,성형성,용접성,절삭성 등의 성질개선원소들을 첨가되며, 이때 포함되는 특정 원소의 조성이 커질수록 특정 성질이 강하게나타난다. 탄소강의 경우, 탄소함유량이 많을수록 경화능이 커지고 강도와 경도, 내마모성이 좋아지는 반면 연성이나 용접성 인성등은 감소된다.탄소강은 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 분류된다.저탄소강은 연강이라고도 하며, 탄소함유율이 0.3%미만이다. 고강도를 요하지 않는 볼트,너트,박판,관재, 기계부품들에 사용된다. 중탄소강은 탄소함유율이 0.3~0.6%이며,기계류,자동차 및 농기계부품,철도장비 등 저탄소강보다 높은 강도가 요구되는 제품에 사용된다. 고탄소강은 탄소함유율이 0.6% 이상으로, 스프링,칼,케이블,레일등과 같이 고강도와 고경도,내마모성이 필요한 제품에 사용된다. 일반적으로 제품의 형상을 가공한후 열처리를 하며,탄소함유량이 많을수록 열처리후에 경도,강도,내마모성이 향상된다.그림1.탄소강에서 탄소함류량의 효과Fe-C의 상태도로 온도변화에 따른 철-탄소이원계의 형상을 알 수 있다1. 페라이트: 알파 페라이트,페라이트라고 불리는BCC 철 고용체는 727℃에서 최대 0.022%C의 탄소용해도를 가진다. 페라이트는 비교적트: 1394℃와 912℃사이에서 철은 BCC에서 FCC의 구조로 바뀌며 오스테나이트조직이된다. 이조직은 1148℃에서 2.11%C를 용해 할 수 있다.3.세멘타이트: 탄소함유량이 6.67%C인 100%탄화철이다. 세멘타이트는 매우 단단하고 취성이 강해서 강의 성질에 큰영향을 끼친다.공석반응: 특정온도에서 하나의 고체상에서 두 개의 다른 고체상으로 동시에 석출되는 현상을말한다.(727℃에서 오스테나이트가 페라이트+세멘타이트로 석출된다.)이때의 강을 공석강이라고 하고, 공석이 일어나는 온도 727℃를 공석온도라고한다.열처리: 열처리의 정의는 가열,냉각등의 조작을 적당한 속도로 하여 그 재료의 특성을 개량하는 조작으로 온도에 의해서 존재하는 상의 종류나 배합이 변하는 재료에 쓰인다.종류로는 담금질,뜨임,풀림 등이 있다.또한 열처리를 하는 온도, 유지하는 시간, 식히는 속도등은 재료나 얻고자 하는 특성에 따라 달라진다열처리의 구성: 냉각속도에따라 서냉/급냉으로 구분, Quenching+후처리공정서냉: 상온에서 천천히 냉각시키는 열처리방법이다. 조직의 밀집도 차이가 있지만,조직의 구성은 질서정연하다. 서냉시 탄소확산이 이루어지는 시간이 충분하므로 탄소함유량이 적어서 상대적으로 급냉에 의한 열처리보다 강도는 떨어진다. 연강(pearlite)형성급냉: 금속재료를 물,액체질소,기름에 넣어 빠른 시간에 냉각시키는 열처리 방법이다. 냉각이 빠르게 진행되기 때문에 금속조직내부가 정리가 안되고, 탄소확산이 일어날 시간이 불충분하여 내부에 탄소가 많이 함유되어있다. 탄소가 빠져나오다가 분자격사사이를 비집고 들어가 상대적으로 부피가 약간 커지고 강도가 센 경강(martensite)를 형성한다.Quenching+후처리공정: 후처리공정 으로는 뜨임(tempering)과 풀림(annealing)있다. 뜨임은 한 번의 담금질후에 상대적으로 낮은온도로 재가열하여 담금질함 으로서 저지시킨 변화를 알맞게 조절하여 더 향상된 특성을 가지게 한다. 높은 강도의 경강에 인성(끈기)를 부여하여 고강도강가열 이후에 서냉함으로서 금속재질의 뒤틀림을 저하하고, 상을 안정적으로 변화시켜 연성을 부여한다. 가공성이 개선되는 특징을 가지고 있다.경도측정: 로크웰 경도시험을 통한 경도측정.로크웰 경도시험은 압입된 깊이를 측정한다. 우선 압입자를 표면에 접촉시키고,가벼운 초기하중을 작용시킨 후에 시험하중을 가한다. 로크웰 경도의값은 초기하중과 시험하중으로 인한 압입자국의 깊이차로 나타낸다. 사용되는 압입자의 재질과 형상, 하중의 크기에 따라 로크웰 경도를 나타내는 여러 가지 척도들이 사용된다.HRB(구형), HRC(콘형) 압입자를 사용한다.2. 실험 방법기본적인 실험 순서는 커팅-열처리-마운팅-연삭,연마-부식-광학현미경관찰-경도측정의 순으로 진행된다.1. 커팅: 탄소함유량이 다른 두 탄소강(SM45C(빨강). SM20C(노랑))을 abrassive cutting machine에 넣고, 냉각수를 뿌려주며, 시편의길이는 1cm정도로 절삭한다.SM45C 2개, SM20C 2개 총 4개의 시편을 잘라주어야한다.커팅도중 마찰열로 인해 커팅단면에 손상을 가할 수 있어서 냉각수가 잘 나오는지를 확인하고 커팅한다. 냉각수는 탄소강에 간접적으로 뿌리도록 한다.2.열처리: 전기로에 넣고 열처리를 한다.SM45C-900℃에서 한시간 열처리후급냉SM20C-900℃에서 한시간 열처리후노냉3.마운팅: 아크릴로 시편의 모양을 잡아주는 과정이다. 마운팅 작업후에 연삭,연마과정을 거치게 되는데, 그때의 작업을 용이하게 해주는 과정이다.마운팅 과정1.마운팅 프레스에 시편 두 개를 올려준다.(열처리한 시편두개와 열처리 안한 시편 두개 따로 진행한다.)2.다운버튼을 눌러 시편의 길이의 2~3배만큼 깊이 내려준 후, 아크릴가루를 넣고, 수평을 맞추어 준 다음 주변 아크릴가루를 치워준 후에 다시 다운버튼을 눌러 끝까지 내려준다.3.뚜껑을 수평을 맞추면서 서서히 끼워준다. 완전히 끼운 후 레버를 끝까지 돌 린 후에 한바뀌 반만큼 풀어준다.4. auto버튼을 눌러 마운팅을 시작한후 마운팅이 끝나면 다시 auto버팅이 끝난 시편을 꺼내주고, 주변 아크릴가루 정리를 한다.4.연삭,연마(polishing): 광학현미경으로 시편의 표면관찰시, 잘 볼수 있도록 시편의 표면을 매끈하게 하는 과정이다. 사포는 거친-고운 순으로 작업해준다. 220grit는 손으로 연삭을 하고, 400, 800,1200grit는 폴리싱 기계를 통해 연삭 해준다.폴리싱기계를 통한 연마시 열발생으로 인한 시편에 대한 손상을 방지하기위해서냉각수를 간접적으로 뿌려준다.연마시 6μm-5mm(하늘색판사용),0.25μm-10mm(은색판사용) 두 연마제로 연마를 한다. 미세한 공업용 다이아몬드를 통해 표면을 더욱 매끄럽게 연마한다.6μm,0.25μm 순으로 연마를 진행한다.주의할점.이번실험에서 가장중요한 금속조직의 표면을 다루는 작업이기에 신경을 더욱 써야한다.1. 시편의 표면의 수평을 유지한 채 연삭,연마해준다.2. 너무 세게 힘을 가하여 연삭,연마하면 시편 표면에 스크래치가 나기 때문에 적당한 힘으로 작업한다.3. 폴리싱 기계의 냉각수 분출 근처에서 시편을 연삭,연마하게되면, 냉각수 분출로인한 소용돌이 모양이 시편에 남기 때문에, 냉각수에서 떨어진곳에서 연삭,연마를 해준다.5.부식: 폴리싱 작업이 끝난 시편을 nital용액에 넣어 15초동안 부식시켜주어금속막을 제거해준 후 약한 흐르는물에 씻어준다.실험에 사용한 nital용액은 현미경 검출용으로 쓰이는 부식액으로 질산과 에틸알코올의 혼합물이다.6.광학현미경 측정-저배율에서 고배율순으로 측정한다. 고배율에서는 표면관찰시 세세한 조작에 어려움이 있어서, 저배율에서 최대한 선명한 부분을 찾아놓고 고배율까지 측정하는 것이 바람직하다.7.로크웰 경도측정-경도기 측정전 설정에 주의해야한다. HRB-100kgf, HRC-150kgf로 설정한다.-시편의 경도 측정전 시험용 블록으로 경도 실험을한다. (HRB 경우 91.1, HRC는101.1)-총 5번의 경도 측정을 하게되는데 찍었던 곳을 다시 찍으면 값이 비정상적으로 나오기 때문에 다른곳을 찍도록 해야함-천천히 일정한 속도 원인이된다.3. 실험결과1) SM20C 금속조직 관찰배율SM20C열처리 되지 않은 시편열처리된 시편50010002) SM45C 금속조직 관찰배율SM45C열처리 되지 않은 시편열처리된 시편50010003) 경도 측정측정NoSM20CSM45C열처리 (O)HRC열처리(X)HRB (HRC)열처리 (O)HRC열처리(X)HRB (HRC)131.999.9 (22.9)53.9101.7 (25.4)220.999.3 (22.3)54.5101.2 (24.4)320.997.9 (20.14)54.8100.4 (23.4)416.598.9 (21.8)overpowered100.2 (23.2)514.995.8 (16.5)54.1101.4 (24.8)평균19.4398.7 (21.4)54.166101 (24.2)※ 평균은 최대/최소 값을 제외한 평균임경도환산표(로크웰, 브리넬, 비커스, 쇼어 경도)4. 실험결과 분석 및 고찰우선, 열처리를 하지않은 SM20C와 SM40C를 비교하여보면 SM45C의 경도가 높다.이를 통해 탄소강의 탄소함유율이 많을수록 경도가 더 높다는 것을 알 수 있다.열처리를한 SM45C와 열처리를 하지않은 SM45C를 비교하여 보면 열처리를 한SM45C에서의 경도가 더 높은 것을 알 수 있는데 이는, 광학현미경의 사진에서 보이는 침상구조의 마르텐사이트조직과 관련이 있다. 마르텐사이트조직은 오스테나이트 상태에서 급냉시 탄소를 배출시간없이 탄소를 강제로 고용시킨 α철이다. 탄소함유량을 손해보지 않은 마르텐사이트 조직은 강도와 경도가 크다. 이러한 마르텐사이트의 조직의 특성으로인해 열처리를한 SM45C의 경도가 SM20C의 경도보다 큰값을 가지게 되었다. 마르텐사이트 조직사진다음으로 열처리를 한 SM20C와 열처리를 하지않은 SM20C를 비교하면, 반대로 열처리를 한 SM20C의 경도가 더 낮다. 이는 마찬가지로 열처리후 노냉에 의한 결과인데, 노냉을 한 시편은 백색을 띄는펄라이트조직이 형성된다. 펄라이트조직은 냉각속도와 탄소량함유에 따라 결정된다. 충분한 냉각속도에의해 탈탄다.

공학/기술| 2020.11.22| 14페이지| 2,000원| 조회(642)

기계공학실험, 경도, 금속조직, 금속조직및경도

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최신 A+받음 [기계공학실험] 파이프유동 실험보고서 평가A좋아요

기계공학실험B Revision. 12019년도 2학기기계공학실험2 보고서실험명 : 파이프유동1. 실험 이론실험목적 및 내용 : 파이프내에서 유체가 흐를 때, 모든 유체는 모두 점성을 가지고 있기에, 유동중에 관내에 마찰하여 손실이 발생하게된다. 이번 실험은 이때 일어나는 유동손실에 중점을 두고, 두께가 어떠한 관을 지나갈 때, 유동손실이 얼마나 발생하게 되고, 또한 관의 거칠기가 유동손실에 얼마나 영향을 끼치는지 알아보는 실험이다. 유동손실은 압력강하와 필연적인 관계가 있는데, 이때의 압력강하가 손실에 얼마나 영향을 끼치는 지 실험을 통해 확인 할 수 있다.실험 이론:용어 정의:유량 : 유체의 흐름중 일정 면적의 단면을 통과하는 유체의 체적, 질량 또는 중량을 시간에 대한 비율로 표현한 것을 의미한다. 이론적인 값으로는Q(유량)=A(단면적)×V(유속)으로 표현 할 수있지만,실제로는 여러 가지 손실에의해 속도가 감소하게되어 유량이감소하게된다.얍력 강하 : 유체의 흐름의 경로에서 압력이 감소되는 것을 압력강하라 하며 협의로는 불가역적인 흐름에 수반하는 것을 압력 손실 이라고한다. 불가역적인 손실의 종류로는 갑작스런 확대,축소,구부러짐. 삽임물 등에 의한 형상 압력강하가 있다.수두 손실 : 마찰손실과 여러 미소손실의 합한 값으로 유속이나 마찰 등에 의해 발생하는 난류로 인해 수두나 압력또는 에너지를 잃게 되는 현상을 말한다. 마찰손실(주손실)은 배관의 길이와 형상 및 재질 등에 의하여 발생하며, 미소 손실은 유입손실, 유출손실, 굴곡손실, 확대손실, 밸브 설치부 손실등으로 발생한다. 관로내에 물이 흐르게 되면 수두, 압력 또는 에너지가 감소하게 되기 때문에 발생하는 현상이다.에너지 방정식 :p _{1} ,p _{2}는 각 점에서의 압력,V _{1} ,V _{2}는 각 점에서의 속도,Z _{1} ,Z _{2}는 각 점의 위치,r= rho TIMESg로 밀도 곱하기 중력가속도를 의미한다.파이프 유동에서의 지름의 영향:Darcy-Weisbash 공식:h _{L} =f {l} over {D} {V ^{2}} over {2g} 좌측의 식h_{ L}은 파이프실험에서의 손실을 의미하고,D는 실험의 사용한 파이프의 직경을 의미한다. 이를 통해 파이프의 실험에서의 손실은 직경과 반비례함을 알 수있다.f는 관마찰손실계수,l은 파이프의 길이,V는 유체의 속력,g는 중력가속도를 의미한다.관 마찰손실계수:f= {64} over {Re}(Laminar Flow),f=0.3164Re ^{-0.25}(Turblent Flow)레이놀즈 식:Re= {rhoVD} over {mu} = {VD} over { nu } (rho는 밀도, V는 속도, D는 직경,mu는 점성계수,nu는 동점성계수를 의미한다.)2. 실험 방법실험장치: 원심펌프 실험장치-ARMfield F1-10액주계유량조절기,유량측정기,전원물탱크(수조)파이프실험방법 1.측정할 파이프가 잘열려져 있는지 확인한다.2.측정할 파이프를 제외하고 모두 잠구어 준다.3.유량조절기로 보내줄 유체의 양을 통일한다.4.전원을 켜서 실험장치를 가동시킨다.5.액주계를 통해 압력차이를 기록한다.6.1L의 유량을 충족시킬때까지 실험장치를 가동하고,1L를 채우는데에 걸린시간을 기록 한다.7.파이프(관)을 바꾸어서, 1~6의 과정을 반복한다.실험시 유의사항: 한번 유량조절기를 통해 유량을 조절하면, 다음 측정때도 그대로 측정한다.파이프가 잘 열려져있는지 확인한다.3. 실험결과물의 온도:15 DEGC, 파이프의 길이:1m, 물의 밀도:999kg/m ^{3},물의 동 점성계수:1.14 TIMES10 ^{-5}N BULLET s/m ^{ 2}속도(m/s)측정시간(s)h_{ 1}(mm)h _{2} h_{ L}이론(m)h_{ L}계산(m)Re0.429m/s12.899407451.951 TIMES10 ^{-1}14.21 TIMES10 ^{-3}37631.581) D=15mm=0.015mf(마찰손실계수):0.02272오차=92.71%2) D=17mm=0.017m속도(m/s)측정시간(s)h_{ 1}(mm)h _{2} h_{ L}이론(m)h_{ L}계산(m)Re0.364m/s12.18658402.50 TIMES10 ^{-2}9.54 TIMES10 ^{ -3}31929.82f(마찰손실계수):0.02367오차=61.84%4. 실험결과 분석 및 고찰(1) 조별 토의실험이 끝난 직후 우리조는 이번실험에서 사용되는 유체역학적 공식에 대하여 토의를 하였다.올바른 결과값을 내기위한 단위선택과 필요한 공식들에 대하여 의논하였다. 우선 레이놀즈식에서{rho} over { mu }= nu이기에 물의 동점성계수로 레이놀즈수를 계산하기로 하였다. 또한 압력차이를 계산할 때 액주계로부터 측정되는 단위는mmH _{ 2}O인데 이를pa단위로 변환하여 실험값을 구하기로 하였다.실험시 두 번 모두의 측정에서 관내 유동의 형태가 난류임을 확인하고, 관 마찰손실계수를 구할 때,f=0.3164Re ^{-0.25}식을 사용하여f값을 구하기로 하였다.이번 실험이 파이프유동의 첫 번째 실험이기에, 실험장비를 다루는데 매우 미숙함이 있었는데, 다음 측정때에는 유량조절기로 처음에 유량을 조절할 때, 측정에 있어서 적절한 유량으로 조절해야겠다고 토의 하였다. 마지막으로 조교님이 언급하신 ‘기포’가 왜 정확한 유량을 측정하는데 방해되는가에 대해 의논한 끝에, 물안의 기포가 불필요한 부피를 차지하므로, 이로인해 정확한 유량측정에 방해된다고 결론 내었다.(2) 개인적 고찰이번실험에서는 관직경 변화에 따른 관 마찰계수 변화, 수두손실(주손실)의 크기, 레이놀즈 수의 크기를 알아보는 실험이었다. 우리가 이번에 중점적으로 고려한 손실은 주손실인데. 이는 이상유체가 아닌 유체의 유동에 있어서 점성효과로 인해, 관 내벽에서 에너지 손실이 발생하게 되는데, 이 손실을 관내에서 마찰로 인해 발생하는 손실을 의미한다.관 직경을 바꾸어 측정한 두 번의 실험을 통해, 관 직경이 증가함에따라 수두손실이 감소함을 확인 할 수있었다. 이는 실험에서 언급한 Darcy-Weibash식에서 수두손실이 관직경에 반비례한다는 것과 일치한다는 것을 알 수 있다. 또한 관직경의 변화는 레이놀즈수에도 영향을 주며, 이는 더 나아가서 관의 마찰손실계수까지 영향을 준다. D=15mm, D=17mm의 실험 모두에서 레이놀즈수는 4100이상의 값을 내었고, 이를 통해 두 관내유동의 형태가 난류임을 확인하였다.그 다음 관직경과 마찰손실계수의 관계를 알아보았는데, 관 직경이 커짐에따라 관의 마찰손실계수가 증가하는 것을 확인하였다. 우리는 관마찰손실계수를 구할 때,f=0.3164Re ^{-0.25}식을 사용하였는데, 이를 통해 관마찰손실계수는 레이놀즈의 수의 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 레이놀즈수를 결정하는 요인에는 밀도,속도,직경,점성계수,동점성계수가 있는데, 밀도,점성계수, 동점성계수는 동일하여 변수로서의 의미가 없고, 직경과 속도만 변수로 동시에 고려하게된다. D=15mm 일 때 속도가 0.429m/s였고, D=17mm였을 때, 속도는 0.364m/s였었다. 이 두가지에 대한 변수를 모두 고려했을 때, 속도의 변화가 레이놀즈수에 미치는 영향이 직경의 변화보다 지배적이기에, 직경이 커짐에 따라 관마찰손실계수가 증가한다는 결과를 확인 할 수있다.D=15mm, D=17mm에서 수두손실 이론값과 실험을 통한 수두손실의 계산값을 비교하였을 때,

공학/기술| 2020.06.19| 5페이지| 1,500원| 조회(824)

기계공학실험, 기공실, 파이프유동

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최신 [기계공학실험] 냉동사이클 '이론' 정리레포트

기계공학실험B 기계공학실험2 보고서실험명 : 냉동사이클 1주차(이론)냉동기 작동 이론‘냉동’은 물질이 상태를 변화시킬 때에 다량의 잠열을 필요로하는 성질을 이용하여 식품이나 그 밖의 물질로부터 열을 빼앗아 그 자체의 온도를 저하시키는 것을 의미한다.냉동기 내부에서의 냉동원리는 냉매를 저압으로 증발시켜, 냉각대상의 온도보다 저온으로 만든후에 대상과 접촉하면, 냉매가 증발할때까지 주위의 물질로부터 열을 흡수하므로, 열은 고온에서 저온으로 이동하여, 물질이 냉각된다. 이때 열을 흡수한 기체상태의 냉매는 압축과정을 통해 고온·고압 상태가 된 후, 냉각수 및 공기와 접촉하면 열을 방출하여, 냉매는 다시 액체가 된다. 이렇게 상변화(증발)가 쉬운 냉매를 사용하여 증발과 응축을 반복하는 것이 냉동기의 기본적인 작동원리이다.냉동사이클carnot사이클이 반대로 작용하는 것으로 역 carnnot사이클이라고도 한다. 냉동 사이클에는Figure.1 Ideal 냉동사이클의 p-h선도증발, 압축, 응축, 팽창 의 네 가지 과정이 있으며, 냉매는 액체에서 기체로, 기체에서 액체로 상태 변화를 반복하면서 순환하게 된다.1-2 과정은 등엔트로피 과정으로 압축이 일어나고,2-3 과정은 정압과정으로 응축이 일어나고,3-4 과정은 등엔탈피 과정으로 팽창이 일어나며,4-1 과정은 정압과정으로 증발이 일어난다.이때 사용하는 냉매는 위의 네가지 작용을 순차적으로 반복하면서 냉동 장치의 시스템 내를 순환하여 열을 온도가 낮은 냉장고에서 온도가 높은 냉각수 또는 냉각 공기로 이동시키는 역할을 한다.Figure 1과 Figure 2를 비교하여 보면 대략적인 개형은 같 지만, 각 과정이 다른 형태를 보이는 것을 알 수있다.Figure 2에서 ‘1’점이 더 오른쪽에 위치하고 있는 이유는,Figure 2. Real 냉동사이클의 p-h선도 이상적일 때 물과 공기가 혼합된 상태로 압축기에 들어가 게 되면 손상을 유발하기 때문에 이를 방지하고자 더 과열 을 시켜주었기 때문이다.또한 Figure 2에서 ‘3’점이 더 왼쪽에 위치하여 있는 이뉴 는 팽창기에 액체상태의 냉매가 들어가야만하므로 기체상 태 가 없도록 과냉을 시켜주었기 때문이다.냉동기 구성 장치에 대한 원리Figure 3.팽창밸브의 원리 &냉동사이클의 p-h선도 상에 표시1. 팽창밸브(Throttling valve)팽창밸브는 냉동사이클에서 제어기기의 역할을 하며, 냉매액의 증발에 의한 열 흡수 작용이 용이하게 일어나도록, 냉매의 압력과 온도를 강하시키며, 냉동부하의 변동에 대응할 수 있도록 냉매유량을 조절하는 역할을 한다. 팽창밸브에서의 팽창원리는 다음과 같다. 유체가 노즐이나 오리피스와 같이 유로가 좁은 곳을 통과하게 되면, 외부와의 열, 일량의 교환 없이도 압력이 감소하는데, 이와 같은 현상을 교축이라 한다. 이 때 유체가 유동 중에 교축되면 유체의 마찰과 와류의 증가로 압력손실이 발생하여 압력이 감소한다. 액체의 경우는 교축되어 압력이 내려가 액체의 포화압력보다 낮아지면 액체의 일부가 증발하며, 증발에 필요한 열을 액체 자신으로부터 흡수하므로 액체의 온도는 감소하게 되며, 교축 전후의 엔탈피는 변화가 없다.2. 수액기(Liquid receiver)응축기와 팽창 밸브 사이에 설치하여 응축기에서 액화된 고온, 고압의 냉매액을 일시 저장하는 용기이다. 수액기에 의하여 증발기내에서 소비되는 냉매량이 변화여도 냉동기의 운전이 원활하게 행하여지게 되는 것이다. 이의 용량은 이론적으로는 결정될 수 없고 사용되는 냉동장치에 따라 고려되어야 한다.3. 액 분리기(Accumulator)냉동 압축기는 액 냉매로부터 손상을 입기가 아주 쉽게 되어있다. 시스템에서 냉매의 역류는 압축기에 손상을 일으키는 주요 원인중의 하나이다. 압축기는 냉매가스를 압축하는 것으로 냉매 액을 압축하는 것이 아니다. 과도한 양의 냉매 액은 압축기에 있는 오일을 희석시켜 베어링을 망가뜨리는 결과를 초래한다. 액 분리기는 이러한 조건들이 압축기에 영향을 주는 것을 막는다. 액 분리기는 임시적으로 액 냉매 혼합물을 수용하는 저장탱크역할을 하며, 이 혼합물이 압축기에 안전한 비율로 돌아가도록 조절해 준다. 액 분리기는 사이즈가 알맞게 선정되었을 때 정상 운전 조건하에서 약 65%가 채워져 있을 때이다.4. 냉매냉동 사이클의 작동유체로서 저온의 물체에서 열을 빼앗아 고온의 물체에 열을 운반해 주는 매체이다.냉매의 종류: 냉매는 일반적으로 할론 카본, 탄화수소, 유기화합물, 무기화합물 등 네가지 종류의 화합물 중 한가지이며 냉매의 종류는 다음과 같이 분류할 수가 있다.할론 카본 냉매 (FREON), 탄화수소냉매(Hydrocarbon), 암모니아(Ammonia R-717)(NH₄), 물(H₂O),공기(Air), 이산화탄소(CO₂), 아황산가스(SO₂)냉매의 구비조건: 1) 저온서 증발압력이 대기압보다 높고, 상온서 응축압력이 낮을 것2) 동일한 냉동능력을 내는 경우에는 소요동력이 적을 것.3) 증발잠열이 크고 액체의 비열이 작을 것.4) 임계온도가 높고 응고온도가 낮을 것.5) 동일한 냉동능력을 내는 경우에 냉매 가스의 비체적이 작아야한다.6) 화학적으로 안정하고 냉매증기가 압축열에 의해 분해되지 않아야 할 것7) 액상 및 기체상의 점도는 낮고, 열전도도는 높아야 한다.8) 불활성으로서 금속 등과 화합하여 반응을 일으키지 않고 윤활유를 열화시키지 말아야 한다.9) 전기 저항이 크고 절연파괴를 일으키지 않을 것10) 인화성 및 폭발성이 없고 인체에 무해하며 자극성이 없을 것11) 가격이 저렴하고 운반과 구입이 용이해야한다12) 오존층 붕괴와 지구 온난화에 영향을 주지 않아야한다.5. 압축기(Compressor)증발기에서 증발한 저온,저압의 기체냉매를 흡입,압축하여 고온,고압의 냉매가스로 만들어 응축기로 보내 냉동사이클의 냉매를 순환시키는 펌프 역할을 한다.6. 증발기(Evaporator)팽창 밸브를 통과하여 저온, 저압으로 감압된 액체 냉매를 유입하여 주위의 공간 또는 피냉각 물체와 열교환시킴으로써 액체증발에 의한 열흡수로 냉동하는 기기이다. 건식, 반만액식, 만액식, 액순환식 증발기가 있다.7. 응축기(Condenser)압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매 가스를 상온의 공기 또는 냉각수 중에 열을 방출하여 응축 액화시키는 장치이다. 응축기의 작용에 따라 과열 제거, 응축 액화, 과냉각 부분으로 구분된다.냉동기 효율에 대한 이해와 에어컨 작동원리 및 효율 및 개인적 고찰냉장고나 에어컨 등 온도를 낮추거나 올리는 기구의 효율을 나타내는 척도를 성능계수(COP) 라고한다. 성능계수는 투입된 일의 양 대비 공급하거나 추출한 열량의 비로 정의된다.QL은 4~1과정에서 냉매를 증발시켜서 뽑아낸 열량이고, QH는 3~2과정에서 냉매를 응축하면서 공급된 열량을 뜻 한다. Wc는 1~2과정에서 압축기가 한 일이다. 이 열량들을 구하기 위해서는 엔탈피가 필요하다. 엔탈피란 물질이 갖는 내부 에너지와 그 때의 압력과 체적의 곱에 해당되는 에너지를 합한 것을 하나의 양으로 다룬 것이다.에어컨의 작동원리에어컨 역시 냉동장치의 4가지 과정 (압축-응축-팽창-증발)을 계속 반복하며 순환한다.에어컨에 증발이 잘되는 기체를 냉매로 사용하여 압축의 과정을 거치면 온도와 압력이 올라간다.

공학/기술| 2020.06.19| 5페이지| 1,500원| 조회(420)

기계공학실험, 이론, 냉동사이클, 기공실

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최신 [기계공학실험] 냉동사이클실험보고서 평가A좋아요

기계공학실험B Revision. 1기계공학실험2 보고서실험명 : 냉동사이클 2주차1. 실험 이론실험 목적 및 내용 : 냉장고 작동원리의 기본인 냉동사이클 작동원리 및 구성에 대하여 알아보는실험이다. 또한 냉동사이클의 성능계수 및 이론적인 냉동사이클과 실제 냉동사이클을 실험을 통해 비교하는 실험이다. 냉동사이클 작동원리를 풀이해보자면 온도가 낮은곳에서 높은곳으로 증발을 이용하여 에너지를 갑자기 터트리면 액매가 기화가 되면서 열을 흡수하여 주변을 냉각하게 된다. 이 원리를 이용하여 에너지를 빨리 소모하여 냉각을 많이 뿜도록 하는 것이 냉장고 작동의 기본적인 원리이다.실험 이론:용어 설명:냉동사이클: carnot사이클이 반대로 작용하는 것으로 증발-압축-응축-팽창 네가지로 구성된다.1-2 과정은 등엔트로피 과정으로 압축이 일어나고,2-3 과정은 정압과정으로 응축이 일어나고,3-4 과정은 등엔탈피 과정으로 팽창이 일어나며,4-1 과정은 정압과정으로 증발이 일어난다.냉매는 위의 네가지 작용을 순차적으로 반복하면서 냉동 장치의 시스템 내를 순환하여 열을 온도가 낮은 냉장고에서 온도가 높은 냉각수또는 냉각 공기로 이동시키는 역할을 한다.성능계수 : COP라고 하며 냉동기의 성능계수를 의미한다. 일을 해줄 때 얼마나 냉각을 뿜을 수있는지에대한 식을 구성 할 수 있다.냉매 : 냉동 사이클의 작동유체로서 저온의 물체에서 열을 빼앗아 고온의 물체에 열을 운반해주는 매체이다.팽창밸브 : 냉동사이클에서 제어기기의 역할을 하며, 냉매액의 증발에 의한 열 흡수 작용이 용이하게 일어나도록, 냉매의 압력과 온도를 강하시키며, 냉동부하의 변동에 대응할 수 있도록 냉매유량을 조절하는 역할을 한다.증발기: 팽창밸브를 통과하여 저온,저압으로 감압된 액체 냉매를 유입하여 주의의 공간또는 피냉각 물체와 열교환시킴으로서 액체증발에 의한 열흡수로 냉동하는기계이다.압축기: 증발기에서 증발한 저온,저압의 기체냉매를 흡입,압축하여 고온,고압의 냉매가스로 만들어 응축기로 보내 냉동사이클의 냉매를 순환시키는 펌프 역할을 한다.응축기: 압축기에서 토출된 고온,고압의 냉매 가스를 상온의 공기 또는 냉각수 중에 열을 방출하여 응축 액화시키는 장치이다.실험장치 : 냉동실험장치실험예상 : 냉동사이클의 각 과정에 대한 충분한 이해를 바탕으로 실험을 해야한다. 이론적으로 이상적인 냉동사이클은 과열과 과냉을 고려하지않기 때문에 이를 염두해두고 실제 냉동사이클 실험을 할 때, 각 부분의 온도를 잘 체크하여야한다. 이부분 때문에 각각의 p-h선도 형태에 차이가 있을것으로 예상한다.2. 실험 방법냉동실험장치압력계(고,저)냉매(R22)실험장비실험방법 및 주의사항(1) 실험방법1. 실험장치, 공구를 사용하여 바나나 잭으로 회로를 구성하고 운전한다.2. 냉매 순환 순서대로 실험장치가 정상적으로 작동하는지 확인한다.3. 압축기 온도를 주시하여 정상상태 운전 조건까지 유지한다.4. 온도 계측부에 나타나는 실험장치 각 부분 온도를 기록한다.5. 압력계의 압력을 기록한다.6. Coolpack 1.5를 사용하여 P-h 선도를 그리고, 사이클의 성능을 분석한다.(2) 주의사항1. 실제 냉동사이클에서는 배관속에서의 수두손실이 발생하기 때문에 압력이 줄어드는 경우가 있다. 이번실험에서는 등압으로 가정하고 실험을 진행한다.2. 압력계의 값은 계기압력이다. Coolpack에서는 절대압력을 사용하기에, 절대압력값 입력을 위해 계기압력에 대기압을 추가로 더해주어 단위를 맞추어 준다.3. 계산기기를 쓰는 것 보다 Coolpack을 이용하여 각각의 온도,압력에 대한 엔탈피값을 구한다.3. 실험결과실험장치 측정값1) 과정별 측정값Table.1 Ideal 냉동사이클Point1234Temperature(℃)22.526.526.522.5Pressure(Bar)9.610.910.99.6Enthalpy(kJ/kg)=[h]412.6413.6231.75225.70Table.2 Real 냉동사이클Point1234Temperature(℃)30.154.224.8-25.6Pressure(Bar)2.08.58.52.0Enthalpy(kJ/kg)=[h']414.54418.91231.57171.02) P-h선도Figure1. Ideal 냉동사이클 P-h선도(검정), Real 냉동사이클 P-h선도(빨강)3) 사이클의 성능비교Ideal CycleReal CycleCOP(성능계수)186.955.72Compressor Work0.1159 kJ/s0.5064 kJ/sMass Flow Rate0.1159 kg/s0.1159 kg/sQuantity of heat at Cond.26.3279 kW6.1793 kWQuantity of heat at Eva.25.6921 kW5.544 kWCompressor Efficiency22.9%COP성능계수:Compressor Work(Real) =V CIRCI={dot{m}}(h _{ 2}-h _{ 1} ){dot{m}}={V CIRCI} over {h _{2} -h _{1}} CompressorWork(Ideal) ={dot{m}} (h _{2}^{'} -h _{1}^{'} )Compression efficeincy:4. 실험결과 분석 및 고찰(1) 조별 토의우리조는 냉동사이클실험장치의 작동동안 측정되는 온도와 압력의 값을 연속적으로 찍어두었다.실험 후에 측정과정 간의 값을 비교해보니 실험끝난직후 1분내에도 온도와 압력이 크게 달라져서어떤값로 결과를 내야할지 토의하여, 실험 종료 직후의 측정값을 채택하여, 그때의 온도,압력값을 결과값에 사용하기로 하였다.또한 측정기의 고압력계, 저압력계의 단위가 Mpa이기에 이를 coolpack 프로그램에 대입하기 위해서는 Bar단위로 해주어야 정확한 결과값이 나오기에 실험값 단위에대한 변환의 중요성에 대하여 역시 토의하였다.(2) 개인적 고찰이번실험은 실험방법에 비해 결과분석이 까다로운 실험이었다. 실험예상에서도 언급하였듯이 냉동사이클의 각 과정에 대한 이해가 부족하면, 실험결과값을 올바른곳에 선택하는 것조차 어려운 실험이였다. 이번 실험의 주목적은 이상적인 냉동사이클과 실제 냉동사이클에 비교함에 있다. 둘의 두드러지는 차이점은 과열부분과 과냉부분의 존재 유무에 있다. 실제 냉동사이클은 이상적인 냉동사이클보다 각 점의 온도가 더 크거나 낮은 경향을보인다. 이로인해 실제 냉동사이클과 이상적인 냉동사이클의 차이가 크게 벌어지게 된다.이상적인 냉동사이클은 과열과 과냉부분을 고려하지 않기 때문에 1점을 증발기에서 바로 나온 부분의 온도인 evaporating Temp를 사용하는 것이다. 3점은 과냉되지 않은 포화선 위에 존재하므로 응축기에서 바로 나온 부분의 온도인 condensing Temp를 사용한다. 반면, 실제 냉동사이클은 실험과정 중에 자동으로 과냉과 과열이 고려되었기 때문에 1점과 2점을 각각 compressor in, compressor out의 온도로 정해준다. 또한 3점과 4점은 각각 expansion in, expansion out의 온도로 정해준다.Figure1의 P-h선도의 개형을 보면 두 개의 선도가 다른 형태를 하고 있다. 이렇게 차이를 보이는 이유중 가장 유력한 것은 절대압력의 차이에 있다. Table1과 Table2를 비교하여보면 Table1의 온도차의 폭이 Table2에서 보다 훨씬 작은 것을 확인할 수 있다. 이는 이상적인 냉동사이클에서는 과열, 과냉이 되지않기에 온도차이가 크지않고, 이로인해 압력차이역시 크지 않아지기 때문에 두 개의 선도의 개형이 차이가 있음을 알 수 있다. 또한 실제 냉동사이클에서는 증발기작동에서의 손실을 고려하며, 실험에서의 압력이 일정하다는 가정을 세웠지만, 실험장치가 가동되며, 여러관을 지나기에 압력손실이 생겼음이 분명하다. 앞의 두가지 이유 또한 실제 냉동사이클의 P-h선도와 이상적인 P-h선도의 개형이 다른 이유라고 할 수있다.

공학/기술| 2020.06.19| 7페이지| 1,500원| 조회(868)

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