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충격시험 결과리포트

Ⅰ. 실험 목적충격시험의 목적은 재료의 충격력에 대한 저항. 즉, 재료의 인성 또는 취성을 시험하는 것이다.각종의 구조, 기계류, 기관 등의 파손은 정적하중의 경우는 드물고, 잡다한 진동이 수반되는 하중이 되풀이 된..

리포트| 2015.12.29| 4페이지| 2,000원| 조회(339)

충격시험, 기계공학실험, 충격, 인성, 샤르피, Charpy, 취성, 샤르피 충격시험, 결과리포트, 충격치

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휨 실험 결과리포트

Ⅰ. 실험 목적TS-100을 이용한 하중-휨 변형 실험을 하고, 실험결과를 이론치와 비교 분석함으로서 재료의 특성인 휨 변형률과 휨 응력를 이해하는 것이 실험 목적이다.Ⅱ. 실험 이론1) 휨 변형률의 개념 및 정의[ 휨 하중이 가해진 부재 ]위 그림에서 부재에 휨 하중이 가해졌을 때 상부는 인장하고 하부는 압축되었다. 그러나 상부와 하부 사이에는 줄어들지도 늘어나지도 않은 하나의 면이 있는데 이것을 중립면이라고 부르며 중립면과 대칭면의 교선은 중립축이라고 한다. 순수 굽힘을 받을 때, 보는 원호 형상으로 변한다. 이 원호의 중심O를 곡률 중심이라고 부르며 곡률 중심에서 중립축까지의 거리를 곡률반경rho 라고 한다. 중립면위의 길이를y, 곡률을kappa 라고 할 때, 휨 변형률varepsilon _{x}는 다음과 같다.varepsilon _{x} `=` {l-l _{0}} over {l _{o}} `=` {( rho +y) theta - rho theta } over {rho theta } `=` {y} over {rho } `=` kappa y위의 식은 상부에서의 변형률이며 하부에서의 휨 변형률은 압축되므로- kappa y이다.2) 휨 응력의 개념 및 정의[ 휨 응력 분포 ]휨 응력은 부재에 휨 모멘트가 생기고 있을 때, 부재 내의 응력을 말한다. 위의 그림과 같이 음의 모멘트가 작용하고 있을 경우에는 중립면의 상부에서는 인장 휨 응력, 하부에는 압축 휨 응력이 발생한다.응력sigma _{x} = varepsilon _{x} E 이므로, 다음과 같이 나타내어진다.sigma _{x} `=`E {y} over {rho } `= kappa Ey3) 순수 굽힘모멘트[ 굽힘 모멘트와 응력 분포 ]위 그림에서 z축에 대한 평형조건식을 세우면 아래와 같다.sum _{} ^{} M _{z} =M`+ int _{} ^{} {y sigma _{x} dA} `=`M`+` int _{} ^{} {y LEFT ( -E {y} over {rho } RIGHT )} dA`=0위의 식을 에서는 전단력이 없고 부재 전체에 걸쳐 동일한 굽힘 모멘트를 받는 갖는 순수 굽힘 모멘트에 관한 보의 응력에 대한 내용이었다. 일반적으로 보는 내력으로 전단력과 굽힘 모멘트가 동시에 발생하며, 전단력의 영향으로 굽힘 모멘트는 길이 방향 위치에 따라 그 크기가 변한다.[ 전단력과 굽힘 모멘트에 의한 보 내의 응력 ]위의 그림에서의 평형조건식을 세우면 다음과 같다.sum _{} ^{} F _{x} `=`F _{1} `-`F _{2} `-`F _{3} `=`0##F _{1} `=` int _{A} ^{} {sigma _{x} `dA} `=` int _{A} ^{} {{My} over {I _{z}} `dA}##F _{2} `=` int _{A} ^{} {LEFT ( sigma _{x} +d sigma _{x} RIGHT )} dA`=` int _{A} ^{} {{LEFT ( M+dM RIGHT ) y} over {I _{z}}} dA##F _{3} `=` tau bdx{dM} over {dx} `=`-V`,```Q _{z} `=` int _{A} ^{} {y`dA}일 때, 위의 식을 정리하면 전단응력tau 는 다음과 같다.tau `=` {VQ _{z}} over {I _{z} b}5) 최대굽힘응력과 최대전단응력 크기비교중립축에서 전단응력은 최대가 되고 굽힘응력은 0이 되고, 반대로 단면 끝단에서는 굽힘응력이 최대가 되고 전단응력은 0이 된다. 또한 중립축과 단면 끝난 사이에서는 굽힘응력과 전단응력이 함께 나타나는 평면 응력 상태를 보인다.[ 중앙에 집중하중을 받는 단순지지 직사각 단면보 ]보의 중앙 단면에서 굽힘 모멘트와 전단력은 다음과 같다.M`=` {PL} over {4}##V`=` {P} over {2}최대 굽힘응력과 최대 전단응력을 구하면 아래와 같다.sigma _{x,max} `=`- {My} over {I _{z}} `=`-` {LEFT ( {PL} over {4} RIGHT ) LEFT ( - {h} over {2} RIGHT )} over {{bh ^ {3} over {4} {P} over {bh}따라서 최대 전단응력과 최대 굽힘응력의 비를 다음과 같이 나타낼 수 있다.{tau _{xy,max}} over {sigma _{x,max}} `=` {1} over {2} {h} over {L}위의 결과는 보라는 것은 높이h보다 길이L이 훨씬 크므로 최대 전단응력이 최대 굽힘응력에 비해 매우 작게 나타남을 의미한다. 따라서h보다L이 훨씬 클 경우 전단응력의 영향을 무시할 수 있다.Ⅲ. 실험 방법< 실험 장비 구조와 원리 >[ 실험 장비 전체모습 ]이번 실험은 TS-100이라는 응력과 변형률 등을 측정하는 역학실험 장치를 사용한다. 가운데에 실험체를 설치하고 중간부분에 손가락으로 휨 하중을 주어 휘어있는 상태를 핸드볼트를 사용하여 고정시킬 수 있다. 그 때의 각도를 측정할 수 있는 분도기와 휜 시험편의 상부와 하부 길이를 측정할 수 있는 휘어지는 자가 준비되어있다. 그리고 시험체는 변형을 자세하게 볼 수 있도록 표면에 선이 그어져있다.< 실험 순서 >① TS-100 실험 장치에 실험체를 설치한다.② 휘어지는 30cm자를 이용하여 중심축 길이를 측정한다.③ 양쪽 바닥면의 핸드볼트를 풀어서 고정시키지 않는다.④ 플레이트 뒷면 핸드볼트를 풀어서 실험체가 유연하게 움직이도록 한다.⑤ 중간부분에 휨 하중을 가해 상부는 인장, 하부는 압축되도록 한다.⑥ 중심축을 휘어지는 자를 이용하여 처음 측정했던 길이와 동일할 때까지 휨을 준다.⑦ 핸드볼트를 이용하여 양쪽 바닥면과 플레이트 뒷면을 고정한다.⑧ 휨에 의해 늘어난 상부, 압축된 하부의 길이를 측정한다.⑨ 분도기를 이용하여 각을 측정한다.Ⅳ. 실험 결과1회) 각도phi `=`30 DEG 일 때 ( 상부 길이 : 11cm, 하부 길이 : 8.5cm )2회) 각도phi `=`45 DEG 일 때 ( 상부 길이 : 11.3cm, 하부 길이 : 7.7cm )3회) 각도phi `=`60 DEG 일 때 ( 상부 길이 : 11.6cm, 하부 길이 : 7cm )- 호arch{mn}(중립면의 교repsilon _{x,2}(실험값)모멘트M[N`·mm]1회`30 DEG 0.52`rad10`mmtheta `=` {2 phi } over {3}##=0.35radrho = {arch{mn}} over {theta }##= {100} over {0.35}##=`286`mmvarepsilon _{x,1} = {y} over {rho }#````````````#= {25} over {286}##=`0.087varepsilon _{x,2} = {DELTA L _{ab}} over {L _{ab}}##= {10} over {100} =0.1M=EI _{z} kappa ##= {0.1135·26,041} over {286}##=`10.3`N`·mm2회45 DEG 0.79`rad13`mmtheta `=` {2 phi } over {3}##=0.53radrho = {arch{mn}} over {theta }##= {100} over {0.53}##=`189`mmvarepsilon _{x,1} = {y} over {rho }#````````````#= {25} over {189}##=`0.132varepsilon _{x,2} = {DELTA L _{ab}} over {L _{ab}}##= {13} over {100} =0.13M=EI _{z} kappa ##= {0.1135·26,041} over {189}##=`15.6`N`·mm3회60 DEG 1.05`rad16`mmtheta `=` {2 phi } over {3}##=0.7radrho = {arch{mn}} over {theta }##= {100} over {0.7}##=`143`mmvarepsilon _{x,1} = {y} over {rho }#````````````#= {25} over {143}##=`0.175varepsilon _{x,2} = {DELTA L _{ab}} over {L _{ab}}##= {16} over {100} =0.16M=EI _{z} kappa ##= {0.1135·26,041} over ver {I _{z}} y= {10.3·25} over {26,041}#`````````````=0.0099`N/mm ^{2}2회sigma _{x,1} =E varepsilon _{x,2} =0.1135·0.13#`````````````=0.0148`N/mm ^{2}sigma _{x,2} = {M} over {I _{z}} y= {15.6·25} over {26,041}#`````````````=0.015`N/mm ^{2}3회sigma _{x,1} =E varepsilon _{x,2} =0.1135·0.16#`````````````=0.0182`N/mm ^{2}sigma _{x,2} = {M} over {I _{z}} y= {20.7·25} over {26,041}#`````````````=0.0199`N/mm ^{2}Ⅴ. 결과 고찰이론적으로 봤을 때 각도phi 가 클수록 휨 각도theta 또한 커지게 될 것이고 중심O와 호arch { mn}이 이루는 부채꼴 모양이 퍼지게 되므로 중립축 거리rho 의 값은 반대로 작아진다. 따라서 상부의 이론값 변형률varepsilon _{x,1}의 값이 더 커지고 모멘트M값 역시 커지게 된다. 실험 결과를 보아 이론적으로 예상했던 값의 변화를 보여 주고 있다. 다음으로 변형률varepsilon_x와 응력sigma_x의 이론값과 실험값의 오차를 다음과 같이 계산해 보았다.1회) 변형률varepsilon_x의 오차 :{|0.1-0.087|} over {0.087} TIMES 100`=`15`%, 응력sigma_x의 오차:{|0.0114-0.0099|} over {0.0099} TIMES 100`=`15`%2회) 변형률varepsilon_x의 오차 :{|0.13-0.132|} over {0.132} TIMES 100`=`2`%, 응력sigma_x의 오차:{|0.0148-0.015|} over {0.015} TIMES 100`=`1`%3회) 변형률varepsilon_x의 오차 :{|0.16-0.175|} over {0.175} TI고

공학/기술| 2015.12.29| 7페이지| 2,000원| 조회(697)

전단력, 휨, 휨 응력, 휨 실험, 휨 변형률, TS-100, 순수 굽힘모멘트, 최대..

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비틀림 실험 결과리포트 평가A+최고예요

Ⅰ. 실험 목적TS-100을 이용한 하중-비틀림 변형 실험을 하고, 실험결과를 이론치와 비교 분석함으로서 재료의 특성인 비틀림 변형률과 모멘트를 이해하는 것이 실험 목적이다.Ⅱ. 실험 이론1) 비틀림 하중의 개념 및 정의[ 비틀림 하중이 가해진 부재 ]부재에 외부 토크가 작용하면 축의 모든 단면은 동일한 내부 토크를 받으며, 부재가 비틀림각phi 만큼 비틀리게 된다. 이 때 이러한 비틀림의 원인이 되는 하중을 비틀림 하중이라고 한다.2) 원형 단면축의 비틀림[ 원형 단면축의 비틀림 ]비틀림 변형률theta 는theta = {phi } over {L} 로 정의되므로, 전단 변형률gamma 은 다음과 같다.gamma `=` rho theta `=` rho {phi } over {L} `=` rho {d phi } over {dx}따라서 전단응력tau `=`G gamma `=`G rho {d phi } over {dx} 이다. 토크T`는 (미소면적dA)X(전단응력tau )X(중심축으로부터 거리rho )이므로, 다음과 같은 면적분으로 나타낼 수 있다.T= int _{A} ^{} {` rho ` tau `dA`=`G {d phi } over {dx} int _{A} ^{} {rho ^{2} `dA}} `=` {d phi } over {dx} GI _{p}위의 식으로부터 비틀림각phi 를 다음과 같이 나타낼 수 있다.phi = int _{} ^{} {d phi } `=` {T} over {GI _{p}} int _{0} ^{L} {dx} `=` {TL} over {GI _{p}}그리고 위의 식을 토크T`에 대해정리하면 다음과 같다.T`=G {phi } over {L} I _{p} =`G` theta I _{p} `=` {E} over {2(1+ nu )} {2 varepsilon _{45 DEG }} over {R} {pi R ^{4}} over {2} `=` {E` varepsilon _{45 DEG } pi R ^{3}} over {2(1+ nu )}여기서varepsilon _{45 DEG }를 사용한 이유는 부재에 비틀림력이 작용하는 경우 순수 전단력만 작용하고 수평방향의 인장응력은 없다고 가정하여 주응력방향은45 DEG 방향에 존재하기 때문이다.3) 사각 단면축의 비틀림[ 사각 단면축의 비틀림 ][ 최대 전단응력 ]위 그림에서 보듯이 최대 전단응력tau _{max}은 단면에서 긴 변b의{b} over {2}이 되는 지점에서 발생한다.사각 단면축 비틀림에서 최대 전단응력tau _{max}과 비틀림각phi 는 다음과 같은 식으로 표현된다.tau _{max} `=` {T} over {alpha bt ^{2}} `,```` phi = {T} over {beta G`bt ^{3}}위 식에서alpha 와beta 는 길이비(b/t)에 관한 계수이며 아래의 표에서 그 값을 나타내고 있다.[ 사각 단면축의 비틀림에 관한 계수 ]4) 두께가 얇은 관의 비틀림[ 얇은 관의 비틀림 ]위의 그림에서q는 그 지점에서 단위 길이당 힘의 단위를 갖는 물리량인 전단류를 의미한다. 따라서 얇은 관에서 발생하는 토크는 아래의 식과 같다.T`=` int _{A} ^{} {dT} ``= int _{A} ^{} {q(hds)`=`q int _{A} ^{} {hds} `=`q int _{A} ^{} {2dA _{E} `=2qA _{E} `}}위의 식을 정리하면q`=` {T} over {2A _{E}}이며, 전단응력tau 은 다음과 같이 표현된다.tau `=` {q} over {t} `=` {T} over {2tA _{E}} `Ⅲ. 실험 방법< 실험 장비 구조와 원리 >[ 실험 장비 전체모습 ][ 도르래 ] [ 각도기 ] [ 눈금자 ]이번 실험은 TS-100이라는 응력과 변형률 등을 측정하는 역학실험 장치를 사용한다. 가운데에 실험체를 설치하고 왼쪽의 도르래에 연결된 실에 추를 매달아서 하중을 주어 실험체에 비틀림을 주는 구조이며, 시험체의 변형을 자세하게 볼 수 있도록 표면에 선이 그어져있다. 실험체 옆에는 각도기가 달려있어 비틀림 각을 측정할 수 있으며, 축 방향 변형 길이를 잴 수 있는 눈금자가 있다. 이번 실험에서는 축방향의 인장은 없다고 가정할 것이므로 눈금자의 치수는 측정하지 않는다.< 실험 순서 >① TS-100 실험 장치에 실험체를 설치한다.② 핸드볼트를 이용하여 실험체 오른쪽 부분을 고정시킨다.③ 왼쪽부분은 비틀어지는 부분이므로 고정시키지 않는다.④ 도르래를 앞쪽으로 고정하여 추를 달아 비틀림을 줄 수 있도록 한다.⑤ 추를 달아서 실험체에 비틀림을 준다.⑥ 추를 증가시킬 때마다 늘어난 변형량을 측정한다.Ⅳ. 실험 결과[ 추100g :phi =10DEG ] [ 추200g :phi =15DEG ] [ 추300g :phi =20DEG ]- 도르래 반지름R = 20mm- 시험편 길이L = 100mm- 시험편 반지름r = 22mm- 시험편 전단탄성계수G = 0.016N/mm ^{2}- 시험편 원형 단면축 극관성 모멘트I _{p} = 367,958mm ^{4}< 실험값 계산 >항목횟수하중P[N ]토크T _{M}[N`·mm ]비틀림 각phi [deg ]비틀림 각phi [rad ]비틀림 변형률theta[rad/mm ]1회(100g)P=mg##``````=(0.1)(9.8)##``````=0.98`NT _{M} =PR##```````````=(0.98)(20)##```````````=19.6`N`·mmphi =10 DEG phi =10 TIMES { pi } over {180}##`````=0.17`radtheta = {phi } over {L} = {0.17} over {100}##````=0.0017`rad/mm2회(200g)P=mg##``````=(0.2)(9.8)##``````=1.96`NT _{M} =PR##```````````=(1.96)(20)##```````````=39.2`N`·mmphi =15 DEG phi =15 TIMES {pi } over {180}##`````=0.26`radtheta = {phi } over {L} = {0.26} over {100}##````=0.0026`rad/mm3회(300g)P=mg##``````=(0.3)(9.8)##``````=2.94`NT _{M} =PR##```````````=(2.94)(20)##```````````=58.8`N`·mmphi =20 DEG phi =20 TIMES {pi } over {180}##`````=0.35`radtheta = {phi } over {L} = {0.35} over {100}##````=0.0035`rad/mm< 토크T _{M} 과T _{C} 값 비교 >항목횟수하중P[N ]토크T _{M}[N`·mm ]토크T _{C}[N`·mm ]1회(100g)P`=`0.98`NT _{M} `=`19.6`N`·mmT _{C} `=`G`· theta `·I _{p} `##``````````=(`0.016)(0.0017)(367,958)##``````````=`10.01`N`·mm2회(200g)P`=`1.96`NT _{M} `=`39.2`N`·mmT _{C} `=`G`· theta `·I _{p} `##``````````=(`0.016)(0.0026)(367,958)##``````````=`15.31`N`·mm3회(300g)P`=`2.94`NT _{M} `=`58.8`N`·mmT _{C} `=`G`· theta `·I _{p} `##``````````=(`0.016)(0.0035)(367,958)##``````````=`20.61`N`·mmⅤ. 결과 고찰실험결과를 보아 하중P가 클수록 큰 토크T _{M}이 시험편에 작용하므로 당연히 비틀림 각phi 와 비틀림 변형률theta 도 크게 나온 것을 볼 수 있다. 그리고 토크T _{M}과T _{C}값을 비교해보았더니T _{M} 값이 더 컸다. 이 것은 주로 다음과 같은 원인에 의한 것으로 생각해 볼 수 있다.① 실험체의 재질T _{C} `=`G`· theta `·I _{p} 의 공식은 비틀림 변형량이 작고, 수직변형률이 없으며(varepsilon _{r} = varepsilon _{phi } = varepsilon _{x} =0), 변형 후에도 축에 수직한 단면은 찌그러짐 없이 변형 전과 같은 평면을 그대로 유지하고 각 단면은 거로 상대회전만 한다(gamma _{x phi } != 0,``` gamma _{xr} = gamma _{r phi } =0)라는 가정을 세워 도출된 식이다. 하지만 실제로 실험에서 사용하는 시험편은 금속이나 플라스틱 같은 변형이 적은 단단한 재료가 아니고 비교적 변형이 큰 스폰지 재질의 실험체이다. 위의 공식은 변형이 적거나 없다는 가정 하에 수식을 근사시켜서 만들어 졌으므로 이론값은 실험치와 차이가 날 수 밖에 없다.② 시험편 길이L의 인장토크T _{C} `=G {phi } over {L} I _{p}으로 나타내지는데 실험값을 계산할 때는 인장 길이L을 무시하였다. 그러나 비틀림 하중을 주기 위해 한쪽 축은 회전할 수 있도록 핸드볼트를 풀어서 고정하지 않았기 때문에 축 방향으로의 움직임이 가능하다. 따라서 시험편의 길이는 약간 인장될 수 있었고 그 결과L값이 커지게 되는데 이것은 토크T _{C} 값의 감소를 초래한다.③ 재료의 극관성 모멘트I _{p}의 값이 값은{pi d ^{4}} over {32}으로 나타내어지는데, 지름d를 일정하다고 놓고 계산하여I _{p} = {44 ^{4} pi } over {32} =367,958mm ^{4}으로 도출된 값이다. 하지만 실제로 재료는 인장하여 지름

공학/기술| 2015.12.29| 6페이지| 2,000원| 조회(819)

비틀림, 고체역학, 비틀림 실험, 극관성 모멘트, 비틀림 변형률, TS-100

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발열량측정 실험 결과리포트

Ⅰ. 실험 목적이번 실험의 목적은 발열량의 개념과 측정하는 방법, 그리고 여러 가지 열량계에 대하여 알아보고 그 중 하나인 Bomb 열량계를 사용하여 실험값을 통해 직접 발열량을 구해보고 원리를 이해하는 것이다.Ⅱ. 실험 이론1) 발열량(Calorific Value)의 정의단위 질량의 물질이 완전 연소할 때에 발생하는 열량을 말한다. 공학 용어로서 주로 연료에 대해 사용되는 말로 연소열과 같은 것이다. 연소시키면 물이 생기며 이 물을 증발시키기 위해서 어느 정도 열량이 소비되는데, 수분이 많이 포함된 연료일수록 실제로 이용할 수 있는 열량이 작아지게 된다.발열량의 표시에는 총발열량(Total Calorific Value)과 순발열량(Net Calorific Value)의 두 종류가 있다. 일정 부피 열량계의 Bomb 내에서의 연소에서 생성된 수증기는 다량의 숨은열을 가지고 있고 응축 액화할 때에 이것을 방산한다. 이러한 숨은열을 포함한 발열량을 총발열량(고발열량, Higher Heating Value)이라고 하고, 또 이 숨은열을 뺀 것을 순발열량(저발열량, Lower Heating Value)이라고 한다. 열량의 단위로서는 우리나라 및 유럽 제국(영국을 제외)에서는 칼로리(cal) 또는 킬로칼로리(kcal)를 사용하고, 미국 및 영국에는 B.T.U.(British Thermal Unit) 또는 C.H.U.(Centigrade Heat Unit)를 사용하고 있다. 다만, 우리나라에서도 도시 가스 공업 관계에서는 열위 J.H.U.(＝104kcal)의 단위도 사용된다. 발열량의 실용 단위로서는 cal/g, kcal/kg, B.T.U./lb, kcal/Nm3(N은 표준 상태를 가리킨다), B.T.U./ft3 등이 사용된다. 발열량의 측정에는 열량계가 사용되고, 고체 연료와 액체 연료의 경우에는 일정 압력 및 일정 부피의 두 발열량 사이에 차가 작기 때문에 일반적으로는 측정에 간편한 일정 부피 열량계인 Bomb열량계를 사용하고 기체 연료의 경우에는 일정 압력 열량계를 물에 흡수된다. 열량계를 제조할 때 열량계 내부의 물질 1℃ 높이기 위하여 필요한 열량, 즉 열용량을 미리 측정해 놓는다. 이 열량계로 열량을 계산할 때에는 비열 대신에 열용량을 이용한다. Bomb 열량계에서 발생된 열량은 물과 열량계가 흡수한 열량과 같으므로 “(물의 열용량+열량계의 열용량)x물의온도변화DELTA T`”로 계산된다.[ Bomb 열량계의 구조 ]- 윤켈스식(Junker's) 유수형 열량계 : 기체형 연료를 연속적으로 연소하여 연소 배기가스를 최초의 가스온도까지 냉각시켜 생성된 수증기가 응축할 때 생성한 열을 열량계 내에 연속하여 흐르고 있는 물에 완전히 흡수시켜 수온의 상승폭과 수량 및 연소 배기 가스량을 측정하여 가스의 발열량을 계산한다. 따라서 단위 부피당 가스의 발열량은 “{(연소열을 흡수한 수량)x(수온변화량)}/(연소가스량)”이 된다.[ 윤켈스식(Junker's) 유수형 열량계의 구조 ]- 시그마(sigma) 열량계 : 금속의 열팽창을 이용한 것이며, 가스 압력 조정기, 팽창체 및 기록 장치로 구성되어 있다. 가스 압력 조정기는 가스 유량을 일정하게 하며, 팽창체는 버너로 직접 가열되는 팽창관(내통)과, 이것과 동심인 비교관(외통)으로 되어 있다. 2개의 통은 버너에 대하여 다른 거리에 있기 때문에 온도차, 따라서 팽창차가 생기는데, 이 차이가 레버의 작용으로 확대, 기록된다. 정확도는 윤켈스식 유수형 열량계에 비교하여 떨어지지만 간단한 것이 특징이다.② 원소분석에 의한 방법고체·액체연료인 경우의 발열량은 보통 bomb열량계로, 기체연료의 경우는 윤켈스식 유수형 열량계로 측정한다. 대부분의 고체·액체연료에 있어서는 화합열의 크기가 중요하지 않은 경우는 원소분석의 결과로부터 근사계산하는 경우가 많다.- 가연 3원소 발열량 계산법 : 가연원소는 각종의 원소 중에 산소와 반응하여 연소 반응을 일으키는 것이다. 그러나 일반적으로 연료 중의 원소만을 말하며 연료 성분 중의 가연 원소는 탄소(C), 수소(H), 유황(S)의 3가지를 가연 3원소g의 식 : 석탄 등과 같이 탄소를 주성분으로 하는 연료에는 잘 맞지만 목재나 쓰레기와 같이 셀룰로즈 성분이 높은 연료에서는 실제보다 발열량이 낮게 산정되는 경향이 있다.고위발열량 =8,100C``+`34,000 LEFT ( H- {1} over {8} O RIGHT ) `+`2,500S` [kcal/kg]수소의 함유율(H)을 (H-O/8)로 한 것은 연료에 존재하는 산소가 전부 결합수(H2O)로 존재하여 발열과는 관계가 없다고 보기 때문이다.* Scheuer-Kestner의 식 : 이 식은 연료 중의 산소가 모두 탄소와 결합하여 CO구조로 존재한다고 가정하여 유도한 식이다.고위발열량 =8,100 LEFT ( C- {3} over {4} O RIGHT ) ``+`34,250H`+`2,250S``+`5,700 TIMES {3} over {4} O` [kcal/kg]* Steuer의 식 : 연료 중에 존재하는 산소의 반이 결합수(H2O)형태로 존재하거나, 탄소와 결합하여 CO의 구조로 존재하다는 가정을 도입한 것으로, 하수분뇨처리 등에서 발생하는 오니 경우에는 이 식이 가장 실측값에 가까운 값을 보여 주고 있다.고위발열량 =8,100 LEFT ( C- {3} over {8} O RIGHT ) ``+``5,700 TIMES {3} over {8} O`+`34,500 LEFT ( H- {1} over {16} O RIGHT ) `+`2,500S [kcal/kg]* 화학공학편람 식 : 이 식은 연료의 산소는 모두 수소와 결합해서 결합수 형태로 존재한다고 가정하고 있으며, 유효 수소는 (H - O/2) 로 생각하여 발열량을 계산한다.고위발열량 =8,130C``+`34,200 LEFT ( H- {1} over {2} O RIGHT ) `+`2,220S`- 기체연료의 발열량 계산법 : GC 분석을 통해 기체연료의 성분분석을 하여 아래와 같은 절차로 기체연료의 단위 부피당 발열량을 계산할 수 있다.[ 기체연료의 발열량 계산 절차 ]또한 아래와 같은 계산방법도 있다.고위발열량 는 겉통인 Jacket과 내부의 물의 온도를 측정하는 열전대, 물을 교반시키는 팬을 작동시키는 모터, 물을 담기 위한 Bucket, 그리고 Bomb와 그 내부에 시료가 들어있다.[ 산소 가스통 ] [ 고체 시료(벤조산) ] [ 점화선(Ni-Cr) ]이번 실험에서 사용할 고체 연료는 벤조산이며, 산소 가스통은 고체 시료가 연소가 잘 되도록 한다. 니켈크롬선은 전기저항이 커서 전기에너지를 열에너지로 바꾸는데 유용하여 점화선으로 사용된다.< 실험 순서 >① 시료 1g에 10cm Ni-Cr선을 닿도록 하고 양쪽 나사를 이용하여 고정 후 Bomb 내에 장입한다.② Bomb Cover를 닫고 산소를 충진시킨다. (10기압)③ Bucket에 증류수 2L를 채우고 Jacket에 넣는다.④ 시료가 장입된 Bomb Container를 Bucket에 넣는다.⑤ Jacket Top에 모터부와 Shaft, 팬, 온도계(K-type열전대)를 조립하고 Jacket Bottom 위에 닫는다.⑥ 모터와 Ignition을 Power Supply에 연결시킨다.⑦ 점화전에 System 온도를 평형시키기 위해 대략 5분간 모터를 가동시켜 물을 교반한다.⑧ 모터 가동 5분 후 점화를 5초간 시킨다.⑨ 20분 후 측정이 완료되면 모터를 정지시키고, 온도계와 교반기의 물기를 제거한다.⑩ Ignition lead를 분리하고 Bucket에 Bomb를 꺼낸다.⑪ Bomb의 물기를 제거하고 Bomb의 뚜껑을 열기 전에 Purge Valve를 천천히 열어 Bomb 내압을 낮춘다.⑫ 가스가 모두 배출되면 Bomb의 뚜껑을 연다.(열었을 때 매연검댕이나 연소잔해물이 있으면 다시 실험)⑬ 남아있는 Fuse wire의 길이를 측정하고 탄 부분의 길이를 계산하여 기록한다.⑭ Bomb의 내부를 깨끗이 닦고 Bucket의 물을 비운다.⑮ 20분 동안 측정된 온도를 이용하여 Calorimeter의 열용량을 계산해본다.Ⅳ. 실험 결과1. What is the difference between high heating value eat value? Why?bomb 열량계는 연료가 연소되면서 생성된 연료의 열량뿐만 아니라 발생한 수증기가 물에 의해 냉각되어 응축되는 과정에서 발산하는 응축열까지 Bucket에 담긴 증류수가 흡수하게 되므로 고위 발열량(high heat value)을 측정하게 된다.3. How to calculate heat value from combustion Equation? Please calculate heat value of Methane(CH _{4}) when we know the heat of formation data as follows:DELTA H` _{f} DEG ofCO _{2}(g)=-393.5(kJ/mol),DELTA H` _{f} DEG ofH _{2} O(g)=-242.8(kJ/mol),DELTA H` _{f} DEG ofCH _{4}(g)=-74.8(kJ/mol).연소 반응식 :CH _{4} (g)`+`2O _{2} (g)``` -> ```CO _{2} (g)`+`2H _{2} O(g)표준 엔탈피 변화는 생성물의 표준 생성 엔탈피의 합에서 반응물의 표준 생성 엔탈피의 합을 뺀 것이므로, 다음과 같이 계산된다.DELTA H _{rxn} DEG =` LEFT { -393.5kJ/mol`+(2 TIMES -242.8)kJ/mol RIGHT } `- LEFT ( -`74.8kJ/mol RIGHT ) `=`-804.3`kJ/mol표준 엔탈피의 변화가 음수이므로 발열반응이다. 메탄(CH _{4})의 몰질량은 16.04g/mol이므로, 발열량은 다음과 같이 계산된다.메탄(CH _{4})의 발열량 ={804.3`kJ} over {1`mol} TIMES {1`mol} over {0.01604`kg} `=50.143`MJ/kg`4. bomb 열량계의 열용량W를 구하라.[ 시간에 따른 온도 ]- 벤조산의 발열량 = 6,318cal/g - 최초온도t _{0} = 21.63CENTIGRADE - 시료질량m = 1g - 점화 때의 온도t _{a} = 21.67CE } /

공학/기술| 2015.12.29| 8페이지| 2,000원| 조회(664)

발열량, 벤조산, 니크롬선, 열용량, 발열량측정, 고체연료, Bomb, Bomb 열량..

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Ⅰ. 실험 목적이번 실험의 목적은 유체가 파이프 속에 흐를 때 일어나는 물리적 현상들에 관해 알아보고 관련된 이론공식에 실험값을 적용하여 유체 점도를 직접 계산해보고 이해하는 것이다.Ⅱ. 실험 이론1) 액체의 점성 측정 방법① Capillary-flow method[ Small Bore Tube 점도계 ]위의 그림은 Capillary-flow method을 이용한 Small Bore Tube 점도계이다. 구멍이 작은 튜브를 통하여 유체를 흘려서 유체의 양을 graduated cylinder로 재고, 흐르는데 걸린 시간을 스톱 와치로 측정하는 방법이다. 일정한 수두를 유지하기 위하여 일정한 양의 feed를 공급하고 양이 넘칠 경우 overflow 되도록 한다. 흘러내린 유체의 양은 graduated cylinder로 재고, 경과된 시간은 stop watch로 측정한다.② Falling-Ball Method[ Falling Ball 점도계 ]Capillary-flow method는 적절한 모세관 단면적을 선택한다면 유용하지만, 유체의 점성도가 100 poises 가 한계이다. 10~10,000 poises의 더 넓은 범위를 측정하고자 한다면 falling-ball method가 적합하다. 위의 그림과 같이 한 개의 구가 점성유체 내에서 천천히 떨어진다. 처음에는 이 구가 점점 가속되지만 곧 일정한 속도에 도달한다. 일정한 속도에 도달한 후 일정한 거리를 통과하는데 걸리는 시간을 측정하여 이를 점도의 척도로 활용한다. 이 cylinder는 충분히 직경 이 커서 와류가 생성되지 않고 cylinder 표면에 의한 영향이 거의 없어야 한다.2) 점성계수(Coefficient of viscosity)[ fluid layers ]위의 그림과 같이 흐르고 있는 2개의 fluid layers가 상대속도dv _{x}에서 거리dy만큼 떨어져 있을 때, 두 fluid layers 사이에서 전단응력tau 이 발생하며, 아래와 같이 나타내어진다.tau `=` {ShearForce} ov림에서 보듯이 온도가 높아질수록 점성이 점점 낮아짐을 볼 수 있다. 5W-30 이외에 10W-30, 150W-40, 200W-50등 여러 가지 엔진오일들이 있는데 W앞에 적힌 숫자는 저온에서 점도값을 의미하며, 뒤에 적힌 숫자는 고온에서의 점도값을 나타낸다. 5W-30는100 CENTIGRADE 에서 10cSt,40 CENTIGRADE 에서 63cSt의 점도를 나타내며, 점도지수는 168이다. 고온으로 될수록 점도가 저하되는데 그 정도를 수치적으로 나타낸 것이 점도지수이며40 CENTIGRADE ,100 CENTIGRADE 에서 값을 통해 구하며, 값이 클수록 저온과 고온에서 점도의 변화가 작다.4) 손실수두(Loss of head)손실수두는 유체의 흐름에 의해 생긴 에너지 손실을 수주(압력을 물의 높이로 나타낸 것)로 나타낸 것으로 마찰 손실에 의한 것 외에 낙하, 유입, 유출, 굴곡, 만곡, 굴절, 분기, 합류, 단면 변화, 또는 밸브, 콕 등의 장해물에 의해 생긴다. 일반적으로 속도 수두(v ^{2} /2g)에 비례하고 수로의 재질, 형상 등을 고려해서 손실 상태에 따라 각종의 실험값을 통해 구한 손실계수를 속도 수두에 곱해서 나타낸다. 따라서 다음과 같은 식으로 나타낸다.h _{f} `=`k {v ^{2}} over {2g}여기서k는 손실계수를 의미한다. 그리고 관에서의 마찰 손실의 계산시 기본적으로 사용되는 공식으로는 Darcy ? Weisbach 방정식이 있으며, 관 내의 마찰손실은 관의 길이와 유체의 운동에너지에 직접 비례하며 관의 지름에 반비례한다는 가정 하에 다음과 같은 식을 유도하였다.h _{f} `=`f {l} over {d} {v ^{2}} over {2g}여기서f는 마찰계수,l은 관의 길이,d는 관의 내경이다. 또한 층류의 원형 직관의 마찰손실수두는 Hargen ? Poiseulle 식을 사용하며 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있다.h _{f} `=` {32 mu lv} over {rho gd ^{2}}5) 정상유동 에너지 방정식베르누라고 하고 베르누이 방정식을 적용하면 다음과 같은 에너지방정식이 된다.{v _{1} ^{``2}} over {2g} `+` {p _{1}} over {rho g} `+`z _{1} `=` LEFT ( {v _{2} ^{``2}} over {2g} `+` {p _{2}} over {rho g} `+`z _{2} RIGHT ) `+`h _{f} `위의 식이 바로 정상유동 에너지 방정식이다.6) 레이놀즈 수(Reynold's number)레이놀즈 수는 관성에 의한 힘과 점성에 의한 힘의 비이며, 주어진 유동 조건에서 이 두 종류의 힘의 상대적인 중요도를 정량적으로 나타낸다. 레이놀즈 수는 유체 동역학에서 가장 중요한 무차원 수 중 하나이며, 다른 무차원 수들과 함께 사용되어 동적 상사성을 판별하는 기준이 된다. 두 유동 패턴이 기하학적으로 상사일 때, 이 두 유동의 주요 무차원 수들이 동일한 값을 가지면, 이 두 유동이 동적 상사성을 가졌다고 말하며 이 두 유동은 그 형태가 유사하게 된다. 또한 레이놀즈 수는 유동이 층류인지 난류인지를 예측하는 데에도 사용된다. 층류는 점성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 낮고, 평탄하면서도 일정한 유동이 특징이다. 반면 난류는 관성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 높고, 임의적인 에디나 와류, 기타 유동의 변동이 특징이다. 레이놀즈 수는 2,100 이하이면 층류가 되고 4000이상이면 난류, 그 사이의 범위는 전이영역이라고 하며 다음과 같은 공식으로 나타낸다.Re`=` {rho vl} over {mu }Ⅲ. 실험 방법< 실험 장비 >[ 초고속 카메라 ] [ 수조 & 파이프 ]이번 실험에서 사용할 장비는 크게 초고속카메라와 수조, 파이프가 있다. 파이프 왼쪽에는 유체가 흐른 거리를 측정할 수 있도록 자가 설치되어있다. 고속카메라는 초당 1000장의 사진을 찍을 수 있고, 유체가 진행한 거리와 걸린 시간을 측정하면 유체의 속도를 구할 수 있다. 실험 유체는 자동차 엔진오일으로 사용되는 5W-30을 사용한다.< 실험 순서 >{0.0055`m} over {0.2`s} `=`0.0275`m/s2) 점성mu 계산[ 수조와 파이프 치수 ]v _{1} =0,p _{1} `=`p _{2}이므로, 정상유동 에너지방식은 다음과 같이 정리 된다.{v _{1} ^{``2}} over {2g} `+` {p _{1}} over {rho g} `+`z _{1} `=` LEFT ( {v _{2} ^{``2}} over {2g} `+` {p _{2}} over {rho g} `+`z _{2} RIGHT ) `+`h _{f} `````````` RARROW ```````````z _{1} `=` LEFT ( {v _{2} ^{``2}} over {2g} `+`z _{2} RIGHT ) `+` {32 mu lv _{2}} over {rho gd ^{2}} `엔진오일 밀도rho =0.849 TIMES 10 ^{3} `kg/m ^{3}, 관의 직경d=2mm, 관의 길이l=20cm이므로,0.05`=` LEFT ( {0.0275 ^{2}} over {2 TIMES 9.81} `-0.2` RIGHT ) `+` {32 TIMES 0.2 TIMES 0.0275} over {0.849 TIMES 10 ^{3} TIMES 9.81 TIMES 0.002 ^{2}} mu위의 식을 정리하면,mu =0.047`kg/m·s이며,1cp=1`g/m·s`=`10 ^{-3} `kg/m·s이므로mu =47`cp이다.3) 오차 계산 및 원인실제 5W-30의 점성은 56cp이며, 이론적으로 계산된 점성은 47cp로 비슷한 값이 나왔고, 오차율은 다음과 같다.{`|`56-47`|} over {47} TIMES 100`=`19%다음으로 오차의 요인을 다음과 같이 생각해보았다.① 입구영향 무시[ 입구 형상에 따른 손실계수 ] [ 관 내 단면적비에 대한 손실계수 ]위의 그래프와 같이 관 내 단면적비A _{2} /A _{1}가 작을수록 손실계수K _{L}이 커짐을 볼 수 있다. 즉,A _{2}가A _{1}에 비해 매우 작으면 손실계수K _{L}은 최대 0을 유발시키며 이러한 마찰에 의해 에너지를 소모한다. 즉, 액체의 운동에너지가 열에너지로 변환되어 외부로 열전달을 일으킬 수 있다. 그러나 실험에서는 이러한 열전달과 축일을 무시했으므로 이것 또한 오차를 만드는 요인이 된다.④ 압력을 대기압으로 가정유체의 점성은 보통 유체의 종류와 온도에 의해 큰 변화를 나타내지만 압력 또한 그러한 요인에 비해 서는 작은 영향력이지만 점성에 영향을 줄 수 있다. 이론값 계산 시 압력을 대기압으로 가정하여p _{1}과p _{2}가 동일하다는 가정을 놓고 계산하였다. 하지만 실제로 두 부분의 압력은 완전히 동일하지 않으며 또한 실제 실험환경이 표준대기압과 차이가 있을 수 있다. 이러한 요인 또한 오차를 발생시킬 수 있는 요인이 될 수 있다.Ⅴ. 결과 고찰위의 실험에서 액체의 점도가 47cp로 나온 것을 볼 수 있었는데 이것은 5W-30의 점성 값인 56cp에 비해 약간 작았다. 따라서 이러한 결과는 이론적으로 계산된 액체가 실제 보다 끈적끈적함이 작다는 것을 의미한다. 정상유동 에너지 방정식을 이번 실험의 조건에 적용시켜 정리하면 아래와 같다.{v _{1} ^{``2}} over {2g} `+` {p _{1}} over {rho g} `+`z _{1} `=` LEFT ( {v _{2} ^{``2}} over {2g} `+` {p _{2}} over {rho g} `+`z _{2} RIGHT ) `+`h _{f} `````````` RARROW ```````````z _{1} `=` LEFT ( {v _{2} ^{``2}} over {2g} `+`z _{2} RIGHT ) `+`h _{f} `z _{1},z _{2}, 중력가속도g는 일정한 값이므로 손실수두h _{f}가 클수록 출구에서의 속도는 작아짐을 볼 수 있다. 이는 손실수두h _{f}가 크면 액체의 에너지 손실이 커짐을 의미한다. 이번 실험에서는 앞에서 알아봤던 여러 가지 손실수두 요인을 무시했으므로, 이론적인 계산에서의 손실수두 값은 실제보다 작다. 이것은 출구에서의 속도가인

공학/기술| 2015.12.29| 7페이지| 2,000원| 조회(345)

레이놀즈수, 점성, 점성계수, 점성측정, 동점성

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집중열용량계 결과리포트

Ⅰ. 실험 목적이번 실험의 목적은 집중열용량계, 열전달의 전도와 대류, 열전달에서 사용하는 무차원수에 대한 이해와 직접 제작한 열전대를 실험에 사용해보고 실험을 통한 이론 검증 및 분석을 하는 것이다.Ⅱ. 실험 이론1) 집중열용량계의 정의 및 적용가능 조건집중열용량계란 어떤 물체의 내부 온도가 특정시간에 항상 일정하여 물체의 온도를 시간의 함수로 가정할 수 있는 계를 말한다. 물체의 열전도도가 매우 높고, 물체 내의 열전도 저항이 물체와 주위 사이의 열전도 저항과 비교하여 더 작게 되면 물체 내의 온도변화를 무시할 수 있다. 즉, 어떤 짧은 순간에도 물체의 온도는 균질하다고 할 수 있으며 집중열용량계로 생각할 수 있다.2) 열전달의 종류 (전도, 대류, 복사)열역학 0법칙에 의하면 두 물체 사이의 평형은 두 물체의 온도가 동일한 상태에서 이루어진다. 온도가 다른 두 물체를 가까이 접촉시키면 고온의 물체로부터 저온의 물체로 열이 이동하게 되는데, 이러한 과정을 열전달이라고 한다.[ 열전달의 종류 ]열전달의 종류에는 크게 전도(Conduction), 대류(Convection), 복사(Radiation)로 3가지가 있다. 전도와 대류는 분자 운동에 의한 열전달을 말하며, 전도는 고체 또는 정지상태의 유체, 대류는 체적운동이 존재하는 유체에서 일어난다. 그리고 대류는 전자기적 에너지에 의한 열전달을 말하며, 매질이 필요 없다.3) Biot수와 시간상수(Time Constant)① 비오트 수(Biot number)비오트 수는 열전달 과정이 과도 상태일 때 쓰는 상수이며, 물체의 표면과 내부 사이의 온도강하의 정도를 알 수 있는 척도이다. 만약 비오트 수가 크다면 물체내의 온도 강하가 심하고, 작다면 물체 내에서의 온도가 거의 일정하다. 이 값이 0.1보다 작으면 대류저항이 전도저항보다 상대적으로 크므로 전도가 일어나는 물체 내부에서의 온도 차가 대류가 일어나는 물체 표면과 물체 외부의 온도 차보다 작다. 따라서 집중열용량계로 해석이 가능하다. 비오트 수의 공식은 다음과 같다.Bi`=` {h(V/A)} over {k}비오트 수는 무차원수이며, 여기서h는 열전달계수(W/m ^{2} ·K`),V`은 물체의 부피(m^3),A는 물체의 표면적(m^2),k는 열전도율(W/m·K`)을 의미한다.② 시간상수(Time Constant)시간상수tau 는 온도차T-T _{INF }가 초기 온도차T _{0} -T _{INF }의 36.8%만큼 도달했을 때 걸린 시간을 의미한다.[ 시간상수 그래프 ]위의 그림과 같이 시간상수 값이 작을수록 그래프의 경사가 커지며, 열전달이 빠르게 일어남을 의미한다. 시간상수tau 의 공식은 다음과 같다.tau = {c rho V} over {hA}여기서c는 비열(J/kg·K),rho 는 밀도(kg/m^3)를 의미한다.4) 식 유도“미소시간dt동안 물체로 전달된 열의 양 = 미소시간dt동안 물체의 열 증가량” 이므로 다음과 같다.hA(T _{INF } -T`)dt`=`mc _{p} dT`여기서m`=` rho V`,dT``=`d(T-T _{INF } )이므로 아래와 같이 정리된다.{d(T`-T _{INF } )} over {T`-T _{INF }} `=`- {hA} over {rho V`c _{p}} dt양변에 적분을 취하면 다음과 같다.int _{0} ^{t} {{1} over {T-T _{INF }} d(T-T _{INF } )`=`- {hA} over {rho V`c _{p}} int _{0} ^{t} {dt}}t=0일 때,T`=T _{0}라고 하면ln {T`-T _{INF }} over {T _{0} -T _{INF }} `=`- {hA} over {rho V`c _{p}} t따라서 아래와 같이 정리된다.{T`-T _{INF }} over {T _{0} -T _{INF }} `=`e ^{- {hA} over {rho V`c _{p}} t}Ⅲ. 실험 방법< 실험 원리 >항온수조에 열전대를 설치한 구리블럭을 담그고 일정시간 마다 온도를 측정한다. 처음 온도차와 나중온도차의 비와 재료의 주어진 물성치를 통해 열전달계수h를 구할 수 있다. 구한 열전달 계수로 비오트 수를 계산하여 0.1이하가 나온다면 물체 내부에서의 온도 차가 대류가 일어나는 물체 표면과 물체 외부의 온도 차보다 작다는 것이고 물체의 온도는 균질하다고 하며, 집중열용량계로 해석할 수 있다는 의미이다. 이러한 결과를 통해 시간상수tau 또한 공식을 통해 구할 수 있다.< 실험 순서 >① 항온수조의 온도를T _{INF }로 맞춰준 후 안정화한다.② 보정된 열전대를 구리블럭 중심에 설치한 뒤 초기온도T _{0}를 측정한다.③ 항온수조에 구리블럭을 넣는다.④ 30, 60, 90초 마다 온도T`를 측정한다.⑤ 측정된 온도와 주어진 물성치를 이용하여 열전달 계수h를 계산한다.⑥ 계산한 열전달 계수를 이용하여 Biot수를 확인한다.⑦ 시간상수(Time Constant)를 구한다.Ⅳ. 실험 결과- 구리블럭 Size :0.11m TIMES 0.06m TIMES 0.03m- 구리블럭 표면적A :2(0.11 TIMES 0.06+0.06 TIMES 0.03+0.11 TIMES 0.03)`=`0.0234`m ^{2}- 구리블럭 부피V :0.11 TIMES 0.06 TIMES 0.03`=`0.000198`m ^{3}- 밀도rho :8954`kg/m ^{3} - 비열C _{p} :0.3831`kJ/kg`· CENTIGRADE - 열전도도k :386`W/m· CENTIGRADE - 구리블럭 초기온도T _{0} :20.6` CENTIGRADE - 유체온도T _{INF } :60` CENTIGRADE - 보정식 :y`=`0.997x+0.149< 결과값 계산 >시간초기온도T _{0}유체온도T _{INF }측정온도T`열전달계수hBiot수측정보정측정보정30s20.6` CENTIGRADE 0.997#TIMES 20.6#+0.149##=20.69 CENTIGRADE 60` CENTIGRADE 46` CENTIGRADE 0.997#TIMES 46#+0.149##=46.01 CENTIGRADE h=`- {rho V`C _{p}} over {At} ln {T`-T _{INF }} over {T _{0} -T _{INF }}#=`- {8954·0.000198·0.3831} over {0.0234·30}#```````````````` TIMES `ln {46.01-60} over {20.69-60}#=`0.9996`kW/m ^{2} · CENTIGRADE Bi`=` {h(V/A)} over {k}#= {999.6 LEFT ( {0.000198} over {0.0234} RIGHT )} over {386}#=0.021960s20.6` CENTIGRADE 0.997#TIMES 20.6#+0.149##=20.69 CENTIGRADE 60` CENTIGRADE 54.8` CENTIGRADE 0.997#TIMES 54.8#+0.149##=54.78 CENTIGRADE h=`- {rho V`C _{p}} over {At} ln {T`-T _{INF }} over {T _{0} -T _{INF }}#=`- {8954·0.000198·0.3831} over {0.0234·60}#```````````````` TIMES `ln {54.78-60} over {20.69-60}#=`0.9767`kW/m ^{2} · CENTIGRADE Bi`=` {h(V/A)} over {k}#= {976.7 LEFT ( {0.000198} over {0.0234} RIGHT )} over {386}#=0.021490s20.6` CENTIGRADE 0.997#TIMES 20.6#+0.149##=20.69 CENTIGRADE 60` CENTIGRADE 57.9` CENTIGRADE 0.997#TIMES 57.9#+0.149##=57.88 CENTIGRADE h=`- {rho V`C _{p}} over {At} ln {T`-T _{INF }} over {T _{0} -T _{INF }}#=`- {8954·0.000198·0.3831} over {0.0234·90}#```````````````` TIMES `ln {57.88-60} over {20.69-60}#=`0.9417`kW/m ^{2} · CENTIGRADE Bi`=` {h(V/A)} over {k}#= {941.7 LEFT ( {0.000198} over {0.0234} RIGHT )} over {386}#=0.0206< 시간상수 계산 >열전달계수h의 평균값 :0.9727`kW/m ^{2} · CENTIGRADE tau `=`- {rho V`C _{p}} over {hA} ln {T`-T _{INF }} over {T _{0} -T _{INF }} `=`- {8954·0.000198·0.3831} over {0.9727·0.0234} ln(0.368)=`29.83`sⅤ. 결과 고찰실험결과를 보니 각각의 시간에서 Biot수 값이 0.1보다 작았다. 이것은 대류저항이 전도저항보다 상대적으로 커서 전도가 일어나는 물체 내부에서의 온도 차가 대류가 일어나는 물체 표면과 물체 외부의 온도 차보다 매우 작다는 의미이다. 따라서 물체를 온도가 일정한 한 덩어리로 가정할 수 있으며 집중열용량계로 해석하는데 문제가 없다. 그리고 실험결과를 보면 Biot수가 시간이 지날수록 미세하게 작아지고 있음을 볼 수 있다. Biot수는 공식Bi`=` {h(V/A)} over {k}에 따라 구리블럭의 부피V와 겉면적A, 열전도도k는 고유값이므로 열전달계수h에 비례한다. 따라서 30초, 60초, 90초에 도달함에 따라 열전달계수h의 값이 미세하게 작아지므로 Biot수 또한 같은 경향을 보이고 있다. Biot수는 물체의 표면과 내부 사이의 온도변화의 정도를 알 수 있는 척도이므로 Biot수가 크다면 물체 내에서의 온도 차이가 심하고, 작다면 물체 내에서의 온도가 거의 일정하다. 따라서 시간이 30초일 때가 60초, 90초에 비해 물체 내의 온도 차이가 미세하게 더 있다고 볼 수 있다. 다음으로 시간상수tau 에 대해서도 고찰해보았는데 시간상수는 온도차

공학/기술| 2015.12.29| 5페이지| 2,000원| 조회(531)

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