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열전대 원리와 대류열전달 계측

목차1. 열전대의 원리2. 실험 목표3. 실험 과정① 실험 장치② 실험 과정4. 실험 결과① 전압과 온도 변화 그래프② 전압과 온도의 상관관계식③ 일반 측정온도와 보정온도 간의 차이④ 전압 범위에 따른 차이5. 토의1. 열전대의 원리열전대란, 종류가 다른 금속선 두개의 양 끝단을 접속하여 만든 것이다. 양 끝단 접점에 온도차가 발생할 때 제벡 효과에 의해 이 폐회로에 열기전력이 발생하여 회로에 전류가 흐르고 이 수치를 측정함으로써 한쪽 온도를 알 때 다른 쪽 온도를 알 수 있다.?제벡 효과(Seebeck Effect)두 종류의 금속 또는 반도체의 양 끝을 접합하여 거기에 온도 차를 주면 회로에 열기전력을 일으키는 현상.?펠티에 효과(Peltier Effect)두 종류의 금속을 접속하여 전류가 흐를 때 두 금속의 접합부에서 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 열전현상.2. 실험 목표공학 실험과정에서 온도를 측정하는 방법은 열전대, 서미스터, RTC 등 여러 가지가 있다. 이 중 비교적 방법이 간단하고 측정범위가 넓은 열전대를 이용하여 측정방법을 익힌다. 열전대를 활용하여 온도측정을 하여 적절한 보정식을 도출해 봄으로써, 측정센서의 메커니즘을 이해한다. 또한 이번 실험을 통해 온도와 기전력을 파악하고 둘 사이의 관계를 알아본다.3.실험 과정3.1 실험 장치?LabVIEW 프로그램LabVIEW는 편리한 프로그래밍 언어로, 제어?계측 분야에서 사용하기 쉽다. labview는 기본적으로 주어지는 예제만으로도 실제 필요한 업무에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 소스 코드부분이 아이콘으로 이루어져있어 데이터의 흐름을 직관적으로 관찰 할 수 있다.?NI사에서 제공하는 9213 9205NI사에서 제공하는 온도센서 입력장치로 열전대 이외에도 서미스터, RTD를 연결하여 온도에 대한 정보를 LabVIEW로 전달하는 기능을 수행한다. LabVIEW와 같은 회사 이므로 프로그램에 적용하기 용이하고, LabVIEW구성을 보다 간단하게 할 수 있다. 또한 따로 보정식을 입력하지 않아도 상당히 정확한 온도값을 받을 수 있다는 장점이 있다.?항온 수조LabTec Korea에서 제공하는 수조로 실험을 진행하는 과정에서 온도를 조절해주는 항온 수조이다.?Welder (웰더)열전대 접점을 녹이기 위한 장치이다.3.2 실험 과정① 항온수조의 온도를 20°C로 조절하고, LabVIEW의 전압측정 범위는 ±100mV로 설정한다.② 항온수조에 열전대를 연결시킨다.③ 실험을 시작하기 전 LabVIEW를 엑셀파일로 저장한다.④ 항온수조의 온도를 20°C ~ 60°C로 한 번에 가열시키면서 올라가는 온도에 따른 전압을 측정한다.?열전대 보정① 외기 온도변화에 따라 불규칙한 온도측정을 보정하기 위해 Reference Junction을 사용한다.② 열전대의 한쪽 선을 Ice Bath에 담가 한쪽 온도를 0°C로 고정한다.③ 실제온도와 보정온도의 차이를 비교해본다.4. 결과 분석4.1 전압과 온도 변화 그래프① 온도 변화 그래프항온 수조의 온도를 20°C에서 60°C 까지 일정하게 올렸기 때문에 그래프에서 볼 수 있는것과 같이 온도 변화는 선형 증가한다.② 전압(200mV) 변화 그래프200mV 전압 변화는 들쭉날쭉한 변화를 보이지만 전체적인 형태를 보면 조금씩 증가하는 추세를 보이는 것을 알 수 있다.③전압(10V) 변화 그래프10V 전압 변화도 마찬가지로 들쭉날쭉하지만 전체적인 양상은 증가하는 추세를 보인다.4.2 전압과 온도의 상관관계식현재 측정된 전압 변화는 값이 너무 들쭉날쭉하므로 구간을 지정해 각 구간의 평균을 구한 뒤, 그 평균값과 온도의 그래프를 그려보고 상관관계식을 구해본다. 다음은 각각 20°C, 40°C, 60°C 부근에서 구간을 정하고 그 구간에서의 온도와 전압의 평균을 구한 것이다. 위는 200mV전압이고 아래는 10V전압이다.다음으로 200mV 평균 전압과 온도 간의 그래프를 살펴본다.x축은 전압, y축은 온도로 했을 때 온도와 전압의 관계그래프는 위와 같다. 또한 이들의 상관관계식은y=13576x-426.4 로 나타내어진다.10V 평균 전압과 온도간의 그래프는 다음과 같다.x축은 전압, y축은 온도로 했을 때 온도와 전압의 관계그래프는 위와 같다. 또한 이들의 상관관계식은y=13180x-390.3 로 나타내어진다.4.3 일반 측정온도와 보정온도 간의 차이일반 측정온도와 보정온도는 큰 차이가 없는데 그 이유는 항온수조의 물의 온도를 조금씩 동일한 값으로 올리고, 온도를 측정할 때 온도 측정 포인트를 많이 잡았기 때문이다. 또한 열전대를 만들 때 끝 부분을 단순히 꼬아서 만들지 않고 웰더를 통해 아예 접합시켜 버렸기 때문에 그 오차는 더욱 줄어들었다.

공학/기술| 2014.12.16| 6페이지| 1,000원| 조회(494)

열전대, 열역학, 열전달, 대류

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에너지 변환 시스템의 효율 측정

목차1. 태양열 발전과 태양광 발전의 차이2. 태양전지란 무엇인가3. 실험 과정3.1 거리에 따른 전류 측정3.2 저항에 따른 전압과 전류 측정4. 실험 결과4.1 거리에 따른 전류 측정 - 역제곱 법칙 학습4.2 저항에 따른 전압과 전류 측정 - Fill Factor 학습5. 참고 문헌1. 태양열 발전과 태양광 발전의 차이태양에너지를 전기에너지로 전환하기 위한 방법에는 크게 태양열 발전과 태양광 발전의 두 가지가 있다. 먼저 태양열 에너지는 태양광선의 파동성질을 이용하는 태양에너지 광열학적 이용분야로 태양열의 흡수, 저장, 열변환 등을 통하여 건물의 냉, 난방 및 급탕 등에 활용하는 기술로, 태양열 이용시스템은 집열부, 이용부, 축열부로 구성된다. 다음으로 태양광 발전은 반도체로 만들어진 태양전지에 빛 에너지가 투입되면 전자의 이동이 일어나서 전류가 흐르고 전기가 발생하는 원리를 이용한다. 태양전지는 하나의 크기당 대량10 TIMES 10cm ^{2}, 빛을 받으면 0.6V의 전압이 생기고, 최대 1.5W의 용량을 갖게 된다.2. 태양전지란 무엇인가태양전지란 태양광선의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로, P형 반도체와 N형 반도체를 사용하고, 빛을 비추면 내부에서 전하가 이동하여 P극과 N극 사이에 전위차가 생긴다.3.실험 과정3.1 거리에 따른 전류 측정① 아래 그림과 같이 실험 장비를 연결한다.② 부하를 SHORT CIRCUIT (0 ohm) 에 맞춘다.③ 램프(Lamp)와 태양전지(Solar cell)의 거리를 30cm로 맞춘다.④ 램프를 작동시킨다.⑤ 출력 전류를 측정한다.⑥ 램프와 태양전지의 거리를 100cm 까지 증가시키며 전류를 측정한다.3.2 저항에 따른 전압과 전류 측정① 아래 그림과 같이 실험 장비를 연결한다.② 부하를 SHORT CIRCUIT (0 ohm) 에 맞춘다.③ 램프(Lamp)와 태양전지(Solar cell)의 거리를 30cm로 맞춘다.④ 램프를 작동시킨다.⑤ 부하를 증가시키며 그에 따른 전압과 전류를 측정한다.4. 실험 결과4.1 거리에 따른 전류 측정 - 역제곱 법칙 학습먼저 실험에 따른 측정 결과를 표로 나타내면 다음과 같다.다음으로 거리에 따른 전류의 변화에 관한 그래프를 그려보면 다음과 같다.그리고 거리의 제곱의 역수에 따른 전류의 변화에 관한 그래프를 그려보면 다음과 같다.① Q1) Why does the current output not decrease linearly (That is, proportionally) with the distance from the source?빛의 세기는 거리의 제곱에 반비례한다. 즉,Intensity` PROPTO {1} over {distance ^{2}}로 나타내어진다. 이것이 전류가 거리의 변화에 선형적으로 감소하지 않는 이유이다.② Q2) Why is the current versus1/d ^{2}data linear? Express this relationship as an equation. Explain any disagreements in your data?위에서 말한 바와 같이Intensity` PROPTO {1} over {distance ^{2}}이다. 만약1/d ^{2}를 다른 하나의 문자C로 정의하고 본다면Intensity` PROPTO C이다. 따라서 빛의 세기는1/d ^{2}에 비례하고 선형적으로 증가한다.③ Q3) Explain what is meant by the term "Inverse quadratic(square) law"대부분의 원격력은 거리의 제곱에 반비례한다. 이는 에너지 보존법칙에 의해 설명될 수 있다. 힘이 3차원상 모든 방향으로 균질하게 퍼져나간다 할 때 에너지는 보존되기 때문에 한 점에 닿는 힘의 양은 3차원의 경우 “1/3차원구 표면의 면적”의 비율로 줄어든다. 그러므로 힘의 원천으로부터 거리가r이라면{1} over {4 pi r ^{2}}의 비율로 힘의 세기는 줄어들게 된다. 이는 만유인력의 법칙은 물론이고 쿨롱의 법칙, 빛의 세기 등 3차원 공간으로 균등히 퍼져나가는 모든 경우의 자연현상에 걸맞는 법칙이다.4.2 저항에 따른 전압과 전류 측정 - Fill Factor 학습먼저 실험에 따른 측정 결과를 표로 나타내면 다음과 같다.다음으로 전압에 따른 전류와 전력의 그래프를 그려보면 다음과 같다.① Q1) Why does the power vary between two zero power levels?부하가 0Ω일 때는 전압이 0V이고, 부하가INF Ω일 때는 전류가 0mA이다. 전력(power)은 전류와 전압의 곱으로 표현된다. 따라서 부하가 0Ω일 때와INF Ω일 때는 전력이 0이다.② Q2) What is the maximum power output available from this solar cell? Note that current and voltage values for the maximum power output as well as the value of load at which these occur (See the results in your table).위의 실험 결과 표를 살펴보면, 전력의 최대 값은 36.55mW인 것을 알 수 있다. 이때의 전류값은 17mA이고 전압값은 2.15V이다. 또한 이렇게 전력이 최대치를 기록할 때의 부하는 8Ω이다.③ Q3) How do this results compare with your manually generated observations? What differences are there if any?실험에서 나온 전력 값의 선도를 살펴보면, 최대치에 이르기 전까지 아래로 볼록한 그래프를 그리면서 증가하는 것을 알 수 있다. 하지만 이론적인 값의 전력 선도에서는 최대치에 이르기 전까지 위로 볼록한 그래프를 그리면서 증가한다.

공학/기술| 2014.12.16| 5페이지| 1,000원| 조회(207)

발전, 시스템, 태양광, 태양에너지, 에너지 변환

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비커스 경도 시험을 통한 물체의 경도 측정. 비커스 경도 시험 보고서 평가A좋아요

목차1. 실험 목적2. 비커스 경도 시험2.1 비커스 경도 시험의 정의2.2 비커스 경도 시험의 측정 원리2.3 압입자국 측정 방법2.4 비커스 경도 시험의 특징3. 실험 결과4. 토의5. 참고 문헌1. 실험 목적① 각종 공업재료의 비커스경도 측정② 각종 공업재료의 경도와 강도와의 관계를 이해③ 각종 금속재료의 가공상태, 열처리 및 표면처리 상태의 재료특성을 평가2. 비커스 경도 시험2.1 비커스 경도 시험의 정의대면각 136°정사각 추의 다이아몬드 압자를 1~50㎏의 하중으로 압착하여 오목부의 대각선을 측정한다. 하중과 오목부의 면적비를 비커스 경도라고 하고 이를 측정하는 시험을 비커스 경도 시험 이라고 한다. 박판, 표면층, 도금피막, 미소부분 등에는 최저 1~25g까지의 소하중을 사용하는 경우도 있다. 비커스 경도는 Hv로 표시하며, DPH(Diamond Pyramid Hardness)라고도 한다.2.2 비커스 경도 시험의 측정 원리비커스경도H _{V} = {P} over {A} = {작용하중} over {압입된`자국의`표면적} = {작용하중} over {시험편과압입자와의`접촉면적}= {d ^{2}} over {2sin {theta } over {2}} = {2P`sin {theta } over {2}} over {d ^{2}} = {1.854P} over {d ^{2}}아래 그림 에서 보는 바와 같이 diamond pyramid □ABCD = 정사각형bar{AB} = bar{BC} = bar{CD} = bar{DA} =S이고, □ABCD의 대각선bar{AB} = bar{BD} =d이다.ANGLE FOG= theta =대면각`이라하면` TRIANGLE OAB == TRIANGLE OBC == TRIANGLE OCD == TRIANGLE ODA이므로, 압입된 자국의 표면적(AA)는TRIANGLE OAB,TRIANGLE OBC,TRIANGLE OCD,TRIANGLE ODA의 면적의 합과 같다.A=TRIANGLE OAB +TRIANGLE OBC +TRIANGLE OCD +TRIANGLE ODA = 4 ×TRIANGLE OABTRIANGLE OGH == TRIANGLE OFH 이므로bar{GH} = bar{FH} = {S} over {2} ,` ANGLE GOH= thetaTHEREFORE bar{OG} =h= {{s} over {2}} over {sin {theta } over {2}}따라서TRIANGLE OAB의 면적은 다음과 같다.TRIANGLE OAB= {1} over {2} BULLET bar{AB} TIMES bar{OG} = {1} over {2} BULLET S BULLET {{S} over {2}} over {sin {theta } over {2}} = {{1} over {4} S ^{2}} over {sin {theta } over {2}}□ABCD에서d ^{2} =S ^{2} +S ^{2} =2S ^{2}THEREFORE S ^{2} = {d ^{2}} over {2}A=4 BULLET TRIANGLE OAB=4 BULLET {{1} over {4} S ^{2}} over {sin {theta } over {2}} = {S ^{2}} over {sin {theta } over {2}} = {{d ^{2}} over {2}} over {sin {theta } over {2}} = {d ^{2}} over {sin {theta } over {2}}H _{V} = {P} over {A} = {P} over {{d ^{2}} over {sin {theta } over {2}}} = {2Psin {theta } over {2}} over {d ^{2}} = {P2sin {theta } over {2}} over {d ^{2}} ※ 비커스경도시험의 관계식THEREFORE `H _{V} = {{theta } over {2}} over {d ^{2}} = {2P`sin {136 DEG } over {2}} over {d ^{2}} = {1.8544P} over {d ^{2}}H _{V} : Vickers Hardness Number(kg/mm{} ^{2})d : 압입자국의 대각선의 길이[diagonal of indentation(mm)]P : 작용하중[applied load(kg{} _{f})theta : diamond pyramid의 대면각[angle between opposite face(136°)]2.3 압입 자국 측정 방법비커스경도시험의 경우에 압입자국의 대각선의 길이측정은 아래 그림의 접안경(Ocular)과 계측현미경 등을 사용하여 실시한다. 따라서 시험기 자체의 성능과 압입자국 측정의 정확성 등이 경도측정값의 오차를 결정하게 된다. 그러므로 압입자국 대각선의 길이의 측정을 정확하게 하여 신뢰성 있는 경도값을 측정하려면, 이미 정확한 대각선의 길이가 알려진 표준압입자국을 사용하여 각 측정자의 개인차를 결정해야 한다. 또한 각 측정자가 같은 압입자국의 대각선의 길이를 반복해서 측정하여, 측정자의 흐트러짐을 알아야 한다. 이것은 시험기의 안정도와 함께 그 측정자에 의해 측정된 경도값의 신뢰 폭을 결정하는데 필요하다.압입자국을 측정할 때에 계측현미경을 취급함에 있어서 다음 사항을 유의하여야 한다. 첫째는 조명램프의 위치를 적절하게 조정하여 시야 전체가 고르게 밝게 해야 하며, 압입자국 양단의 밝기가 같게 하는 것이 좋다. 둘째는 측정자의 눈과 현미경 광축과의 어긋남에 따라 측정값이 변하는 경우가 있으므로 항상 같은 위치에 앉아서 측정하도록 신경을 써야 한다.아래 그림은 비커스경도시험 시 계측현미경 내의 시야와 비커스경도시험 시 사용한 압입자와 측정할 서로 직각방향의 압입자국의 두 대각선d _{1},d _{2}을 나타내고, 여기서 두 대각선의 평균값d를 압입자국의 대각선 길이로 결정한다. 이 측정값을 통하여 비커스경도값을 구하거나 환산표를 직접 읽음으로서 비커스경도값(H _{V})을 정한다.d= {d _{1} +d _{2}} over {2}아래 그림은 비커스경도시험 시의 압입자국의 형태를 나타내며, 완전한 압입자국은 첫 번째 그림 과 같이 정사각형이다. 두 번째 그림의 형태는 압입자국의 피라미드 평면 주위에 금속이 쑥 들어간 결과로서 이런 경우는 어닐링처리된 금속에서 관찰되며, 이와 같은 경우에는 참값보다 크게 나타난다. 마지막 그림은 피라미드 평면 주위에 금속이 볼록한 모양의 압입자국을 나타내고, 이런 경우는 냉각가공된 금속에서 주로 관찰된다.이는 압입자 주위의 금속이 융기하거나 쌓이기 때문이다. 이런 경우의 대각선의 길이 측정값은 작은 접촉면적을 나타내어 높은 경도값을 나타내는 오류를 일으킨다.3. 실험 결과실험 결과를 표로 나타내면 다음과 같다.d _{1} (um)d _{2} (um)(d _{1} +d _{2} )/2H _{v} 이론값H _{v} 실제값% 오차137.037.237.1404.1404.10.025237.738.037.85388.24388.30.015337.837.737.75390.3390.40.026437.837.737.75390.3390.40.026537.237.337.25400.84400.90.015637.738.037.85388.24388.30.015737.337.037.15403403.10.025H _{V}를 계산할 때, 실험 당시 하중은 2.942N 이었다. 그러나H _{V} =1.854 {P} over {d ^{2}} (kg/mm ^{2} )이므로 2.942N을 kg으로 변환하여 하중을 0.3kg으로 놓고 계산하였다. 마찬가지로d값이um으로 측정되었으므로mm로 변환한 후 계산하였다.H _{V} 이론값의 평균은 395.02이고H _{V} 실제값의 평균은 395.01이다. 따라서 시편의 비커스 경도H _{V}는 395.01이고 실험과 이론 간의 오차는 0.02%이다.4. 토의이번 실험을 통하여 비커스경도시험을 통한 경도 측정법을 배울 수 있었다. 실제로 재료의 강도에 대해서 어떠한 실험을 통하여 어떠한 수치가 나오는지에 대한 개념이 없었는데 이번 실험을 통하여 비커스 경도에 대해 이해 할 수 있었다. 또한 실제 값과 이론 값 간의 오차가 크진 않았지만 존재했다. 그 이유를 살펴보면, 시편의 표면의 거칠기를 들 수 있다. 실험 전 사포를 통해 시편의 표면을 연마했지만 완벽하게 매끄럽게는 할 수 없었다. 기회가 된다면 비커스 경도 시험 외에도 브뤼셀 경도 시험이나 로크웰 경도 시험도 접해보고 싶었다.

공학/기술| 2014.12.16| 6페이지| 1,000원| 조회(999)

경도시험, 경도, 비커스

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고체 열전도도 측정과 열저항 이해.

목차1. 데이터 분석 및 계산1) 0.23mm 시편2) 0.49mm 시편3) 열전도도 구하기2. 오차 발생원인 및 해결 방안1) 오차 발생원인2) 오차 해결 방안3. 토의4.참고 문헌1. 데이터 분석 및 계산1) 0.23mm 시편데이터로부터 T₁= 58.3℃, T₂= 55.7℃, T₃= 32.2℃, T₄= 29.6℃ 이다.① 열전달량 계산d=0.025m,A=0.000490625m ^{2},lambda =401(W/mK) 이므로식Q _{12} = {lambda _{12} A} over {d} [T _{1} -T _{2} ] 에 의해Q _{12} = 20.4599824W 이다.또한Q _{34} = {lambda _{34} A} over {d} [T _{3} -T _{4} ] 에 의해Q _{34} = 20.4599824W 이다.따라서Q= {Q _{12} +Q _{34}} over {2} 에 의해Q = 20.4599824W 이다.② 고온 막대의 접촉 표면 온도 계산d _{A}=0.025m,d _{B}=0.005m 이므로T _{H} =T _{2} - {d _{B}} over {d _{A}} [T _{1} -T _{2} ] 에 의해T _{H} = 328.33K 이다.③ 저온 막대의 접촉 표면 온도 계산d _{C}=0.025m,d _{D}=0.005m 이므로T _{C} =T _{3} - {d _{D}} over {d _{C}} [T _{3} -T _{4} ] 에 의해T _{C} = 304.83K 이다.④ 열저항 계산theta = {A} over {Q} [T _{H} -T _{C} ] 에 의해theta = 0.000564(Km ^{2} /W) 이다.⑤ 단위 면적당 열저항 계산R= {theta } over {A} 이므로R = 1.149(K/W) 이다.2) 0.49mm 시편데이터로부터 T₁= 59℃, T₂= 56.7℃, T₃= 25.8℃, T₄= 23.5℃ 이다.① 열전달량 계산d=0.025m,A=0.000490625m ^{2},lambda =401(W/mK) 이므로식Q _{12} = {lambda _{12} A} over {d} [T _{1} -T _{2} ] 에 의해Q _{12} = 18.1001375W 이다.또한Q _{34} = {lambda _{34} A} over {d} [T _{3} -T _{4} ] 에 의해Q _{34} = 18.1001375W 이다.따라서Q= {Q _{12} +Q _{34}} over {2} 에 의해Q = 18.1001375W 이다.② 고온 막대의 접촉 표면 온도 계산d _{A}=0.025m,d _{B}=0.005m 이므로T _{H} =T _{2} - {d _{B}} over {d _{A}} [T _{1} -T _{2} ] 에 의해T _{H} = 329.39K 이다.③ 저온 막대의 접촉 표면 온도 계산d _{C}=0.025m,d _{D}=0.005m 이므로T _{C} =T _{3} - {d _{D}} over {d _{C}} [T _{3} -T _{4} ] 에 의해T _{C} = 298.49K 이다.④ 열저항 계산theta = {A} over {Q} [T _{H} -T _{C} ] 에 의해theta = 0.000838(Km ^{2} /W) 이다.⑤ 단위 면적당 열저항 계산R= {theta } over {A} 이므로R = 1.707(K/W) 이다.3) 열전도도 구하기d _{1} =kAR _{1} 과d _{2} =kAR _{2} 의 두 식을 연립하면k= {(d _{1} -d _{2} )} over {A(R _{1} -R _{2} )} 를 얻을 수 있다.여기서d _{1} = 0.00049m,d _{2}= 0.00023m 이므로k = 0.9497(W/mK) 을 구할 수 있다. 오차 범위를 5%로 지정하면k = 0.9497±0.047 (W/mK) 이다.2. 오차 발생원인 및 해결 방안1) 오차 발생원인시편의 재질인 구리의 대기압 상온에서의 열전도도는 성분구성에 따라 다르겠지만 대략 401(W/mK) 정도이다. 이번 실험을 통해 얻은 열전도도인 0.9497(W/mK) 와는 많은 차이가 난다. 이렇게 오차가 큰 원인에 대하여 알아보았다.① 접촉저항접촉저항을 줄이기 위하여 실리콘 오일을 시편의 양쪽에 도포하고 압력을 가해주었으나 접촉 면적이 100%가 되지는 못하였다. 하지만 이에 따라 계산하지 않고 접촉저항을 무시한 채 계산하였다.② 공기를 통한 열손실실험과정이 외부와 완전한 단열 상태를 이루지 못하였기 때문에 실험과정 중 공기를 통해 열손실이 발생하였을 것이다.③ 계산 과정 중의 오차계산 과정에서 표준오차와 불확도를 계산해주어야 하는데 열전달이론만을 계산하였다.2) 오차 해결 방안오차를 줄이기 위해서는 우선 실험 장치와 실험 조건이 가장 중요하다. 최대한 접촉저항을 줄이고 실험 장치가 외부와 잘 단열되게 조건을 만들어야 한다. 또한 실험 데이터를 통해 계산을 할 때 오차의 전파법칙과 최소제곱법등을 이용하여 측정결과를 계산해야 한다.3. 토의열전달을 수강하지 않아서 이번 실험을 했을 때 곧바로 받아들이고 이해하기가 힘들었다. 그래서 따로 열전달 책을 통해 이론을 어느 정도 공부하고 다시 실험결과에 대해 고찰하였다. 하지만 이렇게 직접 열전도도 측정을 해보면서 열전달 프로세스 중 하나인 전도에 대해서 알게 되었고 또한 Fourier의 법칙에 대해서도 이해할 수 있었다. 그리고 이번 실험을 통하여 정확한 측정 결과를 얻기가 얼마나 어려운지도 다시 한 번 알 수 있었다. 좀 더 정밀한 실험을 통하여 데이터를 얻고 오차의 불확도 평가와 전파법칙을 이용해 계산하여 정확한 측정값을 얻고 싶은 욕심도 생겼다.

공학/기술| 2014.12.16| 4페이지| 1,000원| 조회(457)

열전도도, 열저항, 고체 열전도도

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검사체적에 의한 레이놀즈 수송정리. 유체역학에서의 검사체적에 의한 레이놀즈 수송정리 정리자료 평가A+최고예요

『검사체적에 의한 적분 방정식』유동을 동반한 유체역학 문제를 해결하는 데 사용되는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수가 있는데, 이론적인 방법과 실험적인 방법이 그것이다. ??이론적인 방법에는 또한 미분접근법과 유한 검사체적법이 있다. ?전자는 자연의 법칙을 미분 방정식의 형태로 나타낸 뒤 그 방정식의 해를 구하여 유동장 내의 모든 지점의 정보(즉, 속도나 압력과 같은 것)를 구하는 방법이고, 후자는 자연의 법칙을 적분 형태로 나타낸 뒤 그 해로부터 어떠한 총체적인 정보(즉, 힘과 같은 것)를 구하는 방법이다. 따라서 (1)유동장의 모든 점(x,y,z) 에서의 상세한 유동 모양을 기술하는 방법, (2)유한한 영역을 설정하고 유체 출입의 균형을 맞추고 물체에 작용하는 힘이나 토크와 같은 유효 유동효과 또는 전에너지의 교환량 등을 결정하는 방법, (3)유체점성의 영향, 손실에 대한 실험적 결정 및 손실자료의 무차원화하는 방법 등이 있다. 여기서는 두 번째에 소개된 검사체적법 에 대해 소개하고, 임의의 총유체성질의 시간당의 변화율을 계산하는 검사체적에 대한 개념의 결과로 Reynolds Transport Theorem 을 정의한다.□ 유체 유동의 해석 : Lagrangian Approach , Eulerian Approach□ 유체거동 문제를 접근하는 방법 : 적분 또는 대규모 해석 ⇒ 「Control Volume 법」미분 또는 소규모 해석실험 또는 차원 해석1. Lagragian SystemLagragian 시스템에서는 정해진 질량을 갖는 작은 유체요소인 유체입자를 이용한다. 이 유체요소는 고체의 운동에 비유하여 입자라 부르고, 각각의 유체입자를 따라가면서 유동을 따라 유체 입자가 움직임에 따라서 어느 순간에 위치와 그때까지 경과한 시간이 정해지게 한다.[그림.1(a)] Lagragian System [그림.1(b)] Eulerian System2. Eulerian System유체의 운동을 각 입자의 움직임에 의한 개별적인 항으로 나타내는 대신에, 공간 전체에서의 움한다. 시각 t의 모든점에서 속도를 나타내는 속도장 u(x,t)도 그 하나의 예이다. 물리량을 위치 x와 시각 t의 함수로서 표현하는 방법을 속도장의 오일러 표현법 이라고 한다.오일러 시스템에서, 속도는 4개의 독립변수 [x ,y ,z ,t ]의 함수이다. 직교좌표계의 라그랑지 시스템에서의 속도는V = u i + v j + w k이며, 여기서 u (x, y , z, t ), v (x, y , z, t ), w (x, y, z, t ) 는 각각 x ,y ,z방향의 속도성분이다. 미소시간 ?t 동안 ?x ,?y ,?z 의 거리를 움직인 유체입자를 생각해보자. 속도 변화량은 ?V 이고 미분의 chain rule에 의해서TRIANGLE V= {Partial V} over {Partial t} TRIANGLE t+ {Partial V} over {Partial x} TRIANGLE x+ {Partial V} over {Partial y} TRIANGLE y+ {Partial V} over {Partial z} TRIANGLE z이다. ?t 로 나누면{TRIANGLE V} over {TRIANGLE t} = {Partial V} over {Partial t} + {Partial V} over {Partial x} {TRIANGLE x} over {TRIANGLE t} + {Partial V} over {Partial y} {TRIANGLE y} over {TRIANGLE t} + {Partial V} over {Partial z} {TRIANGLE z} over {TRIANGLE t}이고, ?t 가 아주 작은 값으로 접근하면LEFT ( {TRIANGLE V} over {TRIANGLE t} RIGHT ) _{sys} = {Partial V} over {Partial t} + LEFT ( {dx} over {dt} RIGHT ) _{sys} {Partial V} over {Partial x} + LEFT ( {dy} over {dt} RIGHT ) _{sys} {Partier {dt} RIGHT ) _{sys} {Partial V} over {Partial z}이 된다. 여기서 , 유체입자의 상태량에 해당하는 미분량을 구했다. 시스템의 변화율을 나타내기 위해서 다음과 같은 기호를 사용한다.{D} over {Dt} == LEFT ( {d} over {dt} RIGHT ) _{sys}그러면 u=dx/dt 이므로{DV} over {Dt} = {Partial V} over {Partial t} +u {Partial V} over {Partial x} +v {Partial V} over {Partial y} +w {Partial V} over {Partial z}이다. 이다. 특수기호 D/Dt 는 전미분(total derivative)을 의미한다. 즉, 시스템 양의 미분은 시간뿐만 아니라 세 공간 변수에도 의존한다는 것이다. 직교좌표계에서는{D} over {Dt} = {Partial } over {Partial t} +u {Partial } over {Partial x} +v {Partial } over {Partial y} +w {Partial } over {Partial z} (1)이다.전미분에 관한 식(1)의 첫 번째 항은 주어진 위치에서 시간에 따른 변동을 나타낸다. 이는 전미분에서 국소(local)항이라고 불리며, 공간상의 균일한 유동장에서는 변동에 영향을 주는 유일한 원천이다. 유동이 비정상상태이면 국소항은 0이 아니다. 다시말해, 시간에 대하여 속도, 압력, 또는 밀도의 편미분이 0이 아니면, 유동은 비정상상태이다.마지막 세 개의 항은 공간상에서 생기는 변동을 나타내며, 전미분의 대류(convective)항이라고 불린다. 비균일 유동장에서 속도는 3방향으로 모두 변할 수 있다. 유체입자가 어느 점을 지남에 따라 그 속도는 속도의 공간변화에 대응하여 변한다. 속도의 변화율은 속도의 공간구배와 한 곳에서 다른 곳으로 움직이는 속력에 의존한다.전미분은 유동장이 오일러 시스템으로 표현되어 있는 경우 유체입자의 상태량의 변화율에 대rticle derivative), 실질미분(substantial derivative), 또는 물질미분(material derivative)이라고도 불린다. 이는 벡터 또는 스칼라로도 연산될 수 있으며, 속도, 밀도, 압력, 또는 에너지의 변화율을 구하는데 이용된다.전미분 기호 D/Dt 는 연산자를 나타내며, 때로는 다음과 같이 쓴다.{D} over {Dt} = {Partial } over {Partial t} +V BULLET NABLA : 물질미분(material derivative)3. System and Control Volume유체역학에서 흐르는 유체의 주어진 위치 경로로서 유체 입자의 움직임을 관측하는 것은 다른 적합한 접근이다. 강체와는 달리, 유체의 처음 지점에서 다음 지점으로의 이동은 보통 연속적으로 변형되다. 따라서 유체의 움직임을 완전히 묘사하기 위해서 유체의 이동과 회전뿐만 아니라 유체의 변형에 대한 계산도 필요하다. 결론적으로, 강체동역학적 접근은 수학적으로 보는 관점으로부터 추구하는 것은 본질적으로 성가신 것이다. 게다가, 강체동역학적 접근은 주어진 유체의 크기와 형태에 대한 속도와 압력 분배의 결정이 종종 필요하다. 흐름에 대한 정보는 흐름 장의 자세한 위치를 필요로 한다. 이렇게 Eulerian이나 control volume 접근이라 불리는 주어진 경로 위치로서 유체 입자의 움직임을 해석하는 것은 유체역학에서 아주 유용하다.□ System 과 Control Volume과의 관계창조되거나 파괴되지 않는 질량보존의 법칙은 한 시스템 입자의 전체 질량 M 의 시간에 따른 변화률로서 표현한다.{dM} over {dt} =0유사하게, 시스템 입자의 시간에 따른 운동량의 변화를 나타내는 운동량 보존의 법칙(뉴턴 제 2법칙)은 외부에서 작용하는 힘의 합과 같다. 즉,SMALLSUM f= {d(MV)} over {dt}여기에서 MV 는 시스템의 전체 선 운동량이다. 마지막으로, 시스템 입자에 의한 시간에 따른 전체 에너지 변화율을 나타내는 에너지 비율과 같다.{dE} over {dt} = {d tilde{Q}} over {dt} - {dW} over {dt}이 식들은 질량, 운동량, 에너지의 시간에 대한 변화율을 포함하는 모든 법칙들을 강조시킨다.우리는 검사체적을 해석함에 있어서 시스템의 여러 법칙들이 어느 한순간에 시스템이 차지하는 특정 영역에 적용될 수 있도록 변환한다. 어느 시스템이 통과하면 또 다른 시스템이 따라 오게 되는데 이러한 것은 위의 기본법칙들을 재편성하여 검사체적이라고 하는 국소영역에 적용한다.4. Renolds Transport Theorem그림 2와 같은 체적가진 폐곡면의 일반적인 유동을 생각해보자. (임의의 시간 t에 관측대상으로써 어느 유체의 질량을 선정→system.) 시간에서 계가 점유했던 공간을 검사체적으로 정함. 얼마간의 시간 변화 후 계는 새로운 위치로의 이동과 새로운 체적을 점유하게 된다.[그림 2]여기서, 계의 임의의 물성치의 변화율을 계산하여 보자.: 시간 t에서 계가 가지고 있는 특성값 (질량, 에너지 및 운동량 등).: 단위 질량당 특성 값 즉 .(2)시간 동안 계가 갖는 특성값의 증가시간 동안 계가 갖는 특성값의 평균 시간 증가율은그러므로,의 순간 변화율을 얻기위해 가 0으로 접근할 때 극한값은(3)이다.식(3)의 우변 첫 번째 항은 검사체적내(A+B)의의 시간에 따른 변화율이다.(4)식(3)의 우변 두 번째 항은X _{ct2} 항은 시간 간격 ?t 동안 control volume의 표면S _{2} 를 가로질러 나간이고,X _{At2} 는 같은 시간 동안 표면S _{eqalign{1#}} 을 가로질러 control volume로 들어간 양이다. 양에 대한 표현을 얻기 위해서 그림4 에서 보는 바와 같이 control volume의 control surface의 경계를 면적 dA 의 미분 성분으로 간주해 보자. 면적 성분 dA 에 유체 속도는 dA의 법선성분 속도V _{n} 과 dA 의 접선성분V _{eqalign{t#}} 이다. 우리는 시간 ?t 동안 면적 있다.

학교| 2014.12.16| 6페이지| 1,500원| 조회(1,876)

레이놀즈, 유체역학, 검사체적, 수송정리

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