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화공실험 연속 교반 액상 반응기(CSTR)를 이용한 반응 속도식 측정, 기체확산실험 예비보고서

1. 실험제목(1) 연속 교반 액상 반응기(CSTR)를 이용한 반응 속도식 측정(2) 기체 확산 실험2. 실험일자 : 2008년 9월 19일3. 실험목적CSTR에서 산-염기 중화 적정을 통해 반응 속도식을 구하고 반응 속도의 개념을 이해한다.4. 실험이론Ⅰ. 연속 교반 액상 반응기(CSTR)를 이용한 반응 속도식 측정(1) 반응기의 종류반응기란 화학반응을 일으키기 위한 가장 중요한 기구 중 하나로서 화학반응을 최적조건으로 최대 효율이 발생되도록 하기 위한 중요한 기구이다. 화학 반응은 반응 물질의 농도, 온도, 압력, 시간, 촉매 등에 영향을 받고, 반응장치에 있어서는 물질이동 및 열이동에 큰 영향을 받기 때문에 이들을 만족하도록 하는 구조형태에 적합한 반응기를 선정하는 것이 중요하다. 반응기는 형상, 조작법, 온도분포 등의 관점에서 구분 할 수 있다. 아래에서 조작 방식에 따라 나열하고 설명하겠다.① Batch reactor (회분 반응기)반응을 시킬 때 반응물질을 모두 반응기 안에 넣고 적당한 반응시간 후에 생성물질을 꺼내는 것으로, 반응 시 반응기 안의 조성이나 특성은 시간의 경과에 따라 변화하는 비정상상태(unsteady-state) 과정을 거친다. 비교적 소량 생산에 적합한 반응기이다. 반응이 일어나는 반응조와 물질들을 혼합시키는 믹서로 이뤄져 있고, 온도 유지를 위한 장치가 첨가 된 것도 있다.ㆍ장점 : 반응물을 반응기에 장시간 놓아 둘 수 있음으로 해서 높은 전화율을얻을 수 있다.ㆍ단점 : 단위 생산량 당 인건비가 비싸고 대규모 생산에 부적합하다.② Continuous Stirred Tank Reactor (연속교반액상 반응기 ; CSTR)CSTR은 Batch reactor와 유사한 구조에 반응물을 주입하고 생성물을 회수 할 수 있는 장치를 더한 것이다. 강한 교반이 요구될 때 사용되며 단독으로 사용되거나, 여러 개의 CSTR이 연결된 것 중의 일부분으로서 사용될 수도 있다. 주입된 반응물이 반응기 안에서 충분한 시간이 지나기 전에 Channeli 촉매 입자 사이를 통과하면서 반응이 일어나도록 하는 장치이다. 열교환이 잘 이루어지지 않으므로 열이 많이 발생하지 않는 반응에 적합하다.ㆍ장점 : 대부분의 반응에 대해 촉매반응기의 촉매 무게당 전화율이 가장 높다.ㆍ단점 : 온도 조절의 어려움을 가지고 있으며, 촉매를 교체하는 것이 어렵다.⑥ Tubular Packed-bed Reactor (관형 충전층 반응기)충전층 반응기는 열교환이 잘 이뤄지지 않는다고 하였는데 이 교환기는 열교환이 잘 되도록 개선된 반응기이다. 관형 반응기의 내부에 여러 가닥의 관형으로 충전한 촉매를 집어넣은 형태로, 촉매가 충전된 안쪽관으로는 반응물이 주입되어 반응이 일어나고, 바깥쪽으로는 반응기의 온도를 일정하게 할 증기나 냉각수가 흐른다.⑦ Fluidized-bed Reactor (유동층 반응기)촉매 입자가 담긴 반응기의 아래쪽에 반응물을 주입하여 촉매 입자가 반응기 속의 유체에 떠다니며 반응을 일으키도록 하며, 반응기의 위쪽에서 반응물을 회수하는 형태이다. 유체의 혼합이 잘되고, 열과 물질 전달이 쉽다.(2) 반응속도식의 정의화학 반응이 시작되면 반응물의 양이 감소하고 생성물의 양은 늘어난다. 여기서 반응물의 감소 속도는 감소한 반응물의 농도를 경과 시간으로 나눠야 하고, 마찬가지로 생성물의 증가 속도는 증가한 생성물의 농도를 경과 시간으로 나눠야하며, 이것이 그때까지의 평균 반응 속도에 해당된다.반응이 얼마나 빠르게 일어나는가 하는 정도를 나타내는 것을 반응속도라고 하며 화학 반응의 속도는 단위시간당 반응 물질의 농도의 감소량 또는 생성물의 농도의 증가량으로 나타낸다.균일계 반응의 경우 단위부피당, 단위시간당 반응이 진행됨에 따라 유발되는 반응물 또는 생성물의 몰(Ni) 수 변화로 정의된다. 반응속도는 반응에 관여하는 하나의 반응물이나 생성물로 표현할 수 있으며, 이를 수학적으로 표현하면 다음과 같다.반응 유체의 단위부피를 기준으로 할 경우,aA + bB → rR + sS로 되는 균일계 단일반응의 반응속도는, 반응계 단위부피당,수 있다.(4) 반응속도식 측정방법반응속도를 측정하기 위한 반응기로는 실험 중 반응액 전체가 균일하게 잘 혼합되어, 등온으로 유지하기 쉬운 반응기를 사용해야 한다. 정온에서 농도 의존성을 구하고, 속도상수의 온도효과를 조사해서 속도식이 결정되면 실험 자료로써 목적 성분농도의 시간변화를 측정하고, 그 결과를 해석하여 반응차수와 속도상수를 결정한다. 측정 방법으로는 대표적으로 미분법과 적분법이 있는데 일단, 미분법은 반응식이 복잡한 경우에 적합하나 실험 자료가 정확해야 하고 자료의 수가 충분히 많아야 좋다. 그리고 적분법은 사용하기 비교적 간단하여 많이 사용하며, 특히 실험 결과가 흩어져 있어 미분법을 사용하기가 곤란한 경우에 적합하다.① 미분법에 의한 데이터 해석 순서ⅰ) CA를 t에 따라 plot하고 데이터를 가장 잘 지나는 곡선을 그린다.ⅱ) 적절히 선택된 농도에서 위의 그래프의 기울기로부터 rA = -dCA/dt를 구한다.ⅲ) 위에서 얻어진 -rA vs CA데이터를 이용하여 -rA = f (CA)를 결정한다.ⅳ) 만약 -rA = f (CA) = k CAn 형태가 예상된다면 양변에 log를 취하여log(-rA) = logk + n logCA 형태로 변형하여, log(-rA) 를 y축, logCA 를 x축으로 plot한그래프의 기울기와 절편으로 n(기울기)과 k(절편)를 결정한다. 또한 -rA = f (CA) =형태가 예상된다면 이를 변형하여 , 또는 를plot하여 기울기와 절편으로부터 ,를 결정한다.② 적분법에 의한 데이터 해석 순서ⅰ) 반응속도식을 추측한다. 만약 어떤 화학반응이 비가역 1차 반응이라 하면,,ⅱ) 추측한 반응속도식을 적분한다. ()ⅲ) 적분된 식을 바탕으로 그래프를 그리고 실험데이터와 비교한다. 만약 실험데이터와 일치하지않을 경우 다른 반응속도식을 가정해 위의 과정을 반복 한다.③ 반감기법반응물질의 농도가 초기농도의 1/2로 감소되는 시간이 반감기이다.n차 반응의 적분형은이 된다.이식에서,일때,라 두면양변에 대수를 취하면이 된다. 여기서를 녹아 OH- 이온이 된다. 강산이 강염기와 반응할 때 일어나는 중화 반응은 Bronsted-Lowry 형태의 알짜 이온 방정식으로 다음과 같이 표현할 수 있다.H+(aq) + OH-(aq) → H2O위의 식은 물의 이온화식의 역이기 때문에 평형상수는 KW의 역수를 취하여 계산할 수 있다.K = 1/KW = 1/(1.0×10-14) = 1.0×1014K값이 굉장히 크다는 것은 실제 이 반응은 완전히 완결되어 제한 반응물인 H+나 OH-을 모두 소모한다는 것을 의미한다.ⅱ) 약산-강염기아세트산을 수산화소듐으로 적정하는 것을 예로 들면. 이 반응의 알짜 이온 방정식은HC2H3O2(aq) + OH-(aq) → C2H3O2-(aq) + H2O이 반응은 약한염기 CHO(아세트산 이온)과 물의 반응의 역이다. 역규칙을 적용하면, 이 반응은여기서도 K값이 매우 크다. 이는 아세트산과 센염기의 반응은 완결된다는 것을 의미한다.ⅲ) 강산-약염기 적정강산과 암모니아의 반응은 Bronsted-Lowry 형태의 알짜 이온 방정식으로 다음과 같이 표현한다.H(aq) + NH(aq) → NH(aq)평형 상수를 얻기 위해서는 이 반응이 NH 이온의 산 이온화 반응의 역할을 고려해야 한다. 즉,K가 매우 크므로 반응은 완전히 완결된다.Ⅳ) 다양성자산의 적정다양자산의 적정은 연속적인 Ka값 크기가 현저히 다를 때를 제외하고는 일양성자산의 적정에 사용했던 것과 같은 규칙을 따른다. 다양성자산 분자에는 산성을 나타내는 2개 이상의 수소원자가 존재하므로 적정에서 여러 개의 당량점이 나타난다.(6) 지시약중화적정 실험 시 산과 염기의 양이 같아지는 당량점을 알아내기 위하여, 적정 pH(당량점근처)에서 색깔이 변하게 되는 지시약을 사용한다. 색깔의 변화를 통해 종말점을 눈으로 직접확인할 수 있기 때문에 지시약을 사용한다. 지시약의 색이 변하는 점을 종말점으로 결정하고, 바로 그 지점이 적정에서 당량점이 된다. 지시약은 그 자신이 약산 또는 약염기로서 해리된 상태와 해리되지 않은 상태의 색깔이 전혀 다5.2~6.8purplelitmusred4.7~8.2bluephnolphthalein무색8.3~10.0pinkthymolphthalein무색9.3~10.5bluealyzarin yellow무색10.1~12.1yellowtrinitrobenzene무색12.0~14.3orangeⅡ. 기체 확산 실험(1) 확산의 정의밀도 차이나 농도 차이에 의해 물질을 이루고 있는 입자들이 스스로 운동하여 농도나 밀도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 액체나 기체 속을 분자가 퍼져 나가는 현상을 확산이라 한다. 확산의 가장 보편적 원인은 확산 성분의 농도 구배에 있다. 농도구배는 농도를 같아지게 하여 농도구배를 없애는 방향으로 성분을 이동시키려 한다. 확산 성분을 구배의 고농도 끝에 계속해서 공급하고 저농도 끝에서 제거하여 구배를 유지하면, 확산 성분의 흐름은 연속적이다. 이 이동은 물질전달 조작에서 이용된다. 기체의 확산은 두 가지 이상의 기체들을 같은 공간에 넣거나 또는 다공성막에 의해 갈라져 있을 때 일어난다.확산의 일반적인 원인이 농도구배이긴 하지만, 역삼투압에서와 같은 활동도 구배, 압력구배, 온도구배, 또는 원심력과 같은 외력장에 의해서도 확산이 일어날 수 있다. 온도에 의해 생긴 분자확산은 열확산(thermal diffusion)이며, 외력장에 의한것은 강제확산 (forced diffusion)이라 한다.기체의 확산은 크게 등몰 확산(equimolar counter diffusion)과 한 방향 확산(one way diffusion)으로 나누어 해석하고 관계식은 Ficks의 법칙을 통해 유도 된다. 확산은 고체나 유체의 정체층을 통한 분자이동에 한정되지 않고, 물리적 혼합과 난류의 와류에 의해 유체상에서 일어날 수 있는데 이것을 와류확산(eddy diffusion)이라고 한다. 때에 따라서는 이 확산공정은 확산방향에 평행한 방향의 혼합물 본체 흐름에 동반되기도 하며, 가끔 열이동과 연관되기도 한다. 일반적으로 기체 확산(diffusion) 은 기체 분자가 다른 기체 속으로 저.

공학/기술| 2009.06.30| 10페이지| 2,000원| 조회(673)

화공실험, 기체확산, 예비보고서, CSTR, 연속교반액상반응기, 반응속도식측정

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유체유동 실험(Reynolds number, 손실두 측정)예비보고서

1. 실험제목 : 유체유동 실험(Reynolds number, 손실두 측정)2. 실험날짜 : 2008년 11월 28일3. 실험목적유체흐름을 통하여 Reynolds 수의 개념을 이해하고, 층류와 난류, 그리고 전이영역에 대한 유체흐름의 특성을 관찰한다.관 내의 오리피스, 벤츄리, 플랜지, 마노미터 등 관 부속품 근처에서의 유속변화에 따른 압력 손실두를 계산하고, 비압축성 유체의 흐름에 대한 특성을 이해하고자 한다.4. 실험원리(1) 유체 흐름(층류, 난류, 전이영역)유체는 관이나 도관에서 두 가지 다른 모양으로 흐른다는 것이 오래전부터 알려져 있다. 유량이 적을 때에는, 유체의 압력강하가 유속에 비례하여 증가하지만, 유량이 크면 보다 빨리, 즉 대개 유속의 제곱에 비례하여 증가한다. 이 두 흐름 형태의 구분은 Reynolds가 처음으로 고전적 실험에 의하여 실증하여 1883년에 발표하였다. 그는 물이 들어 있고 벽이 유리로 된 탱크 안에 수평 유리튜브를 설치하고, 튜브 안의 유량을 밸브로 조절하였다. 튜브 입구를 나팔꽃처럼 벌리고, 상부의 플라스크로부터 튜브 입구 흐름 중에 미세한 물감 줄기를 도입하였다. Reynolds는 유량이 적을 때에는 물감 줄기가 흐름에 따라 흩어지지 않고 흐르며, 교차혼합이 일어나지 않음을 발견하였다. 이 물감선의 거동으로부터 물이 평행한 직선으로 흐름을 분명히 알 수 있었는데, 이 흐름이 곧 층류이다. 유량을 증가시키면 임계속도에 이르게 되는데, 이때부터 물감 줄기가 파형이 되고 점점 흩어져서 마침내 물이 흐르는 단면전체에 퍼지게 된다. 이러한 물감의 거동으로부터 물이 더 이상 층류로 흐르지 않고 교차흐름 및 에디를 이루며 흐른다는 것을 알 수가 있다. 이러한 흐름 형태가 난류이다. 층류에서 난류로 전이하는 영역이 있는데 그곳을 전이영역이라 한다.(2) Reynolds Number (NRe)Reynolds는 흐름이 한 형태에서 다른 형태로 바뀌는 조건에 관하여 연구하였는데, 층류라 난류로 바뀌기 시작하는 임계속도는 튜브의 지름, 액체의 점도 및 밀도, 평균유속 등 4가지 양에 의해 좌우가 됨을 알아내었다. 그는 또한 이 네 가지 양을 하나의 군으로 조합하면 이 군의 값에 따라 흐름의 종류가 달라짐을 알았다. 그는 변수를 다음과 같이 묶었다.(단, 여기서 D=관지름,=유체의 평균속도,=유체의 점도=유체의 밀도=유체의 운동점도)NRe는 무차원으로써 어떤 단위계를 사용하거나 단위계만 통일이 되면 같은 값이 얻어진다. 표면이 매끈한 원관인 경우, NRe가 2100보다 작으면 층류, 4000보다 크면 완전 난류, 2100-4000의 범위에서는 층류에서 난류로 전이하는 현상을 보인다.유체가 흘러갈 경우 관의 중심부에서 경계층이 끝나는 흐름을 완전히 발달된 흐름(fully developed flow)이라고 하며, 이 때 입구에서 완전히 발달된 흐름이 될 때까지의 거리를 전이길이(transition length)라 하고, 유속을 측정하려면 이 전이 길이를 넘어선 지점에 유량계를 장치해야 한다. 원관 중에 유체의 속도구배의 모양은 유속에 따라서 달라진다.(3) 베르누이 방정식 (정상상태, 비정상상태)유체의 흐름이 고체벽의 영향을 받지 않는 이상적인 경우의 에너지 관계를 나타내는 식을 베르누이식이라고 하며, 이 식은 기계적 에너지의 항만을 포함한다. 유체의 유속과 압력의 관계를 수량적으로 나타낸 법칙으로 유체역학의 기본적 법칙 중의 하나이다. 관내를 흐르는 유체의 어떤 부분에서도=const 가 성립한다.(ρ: 유체 밀도, g : 중력 가속도, h : 수평면에서의 높이, P : 유체의 정압, v : 유체의 유속)이 식의항은 유체의 흐름에 기인하는 유체의 운동에너지에 해당되며,는 유체의 위치에너지에 해당되는 것이다. 즉 이 식은 유체의 위치에너지와 운동에너지의 합은 항상 일정하다는 내용을 담고 있다. 그러나 이 법칙이 적용되는 것은 비압축성 유체이고 퍼텐셜흐름인 경우에만 한정되고 실제의 유체의 흐름에 대해서는 적당히 변형된다.마찰이 없는 Bernoulli 식운동에너지 보정인자를 포함한 유체마찰에 대한 Bernoulli 식펌프일이 포함된 Bernoulli 식W는 일의 양이며는 그 일의 효율을 나타낸다. 그리고 hf는 마찰의 항이다. 이 마찰의 항은이다. 여기서 D는 관의 지름이고 L은 관의 길이이다. 그래서 첫째 항이 표면마찰이고 Kc는 축소손실이며 Ke는 확대손실이며 Kf는 밸브에서의 마찰손실이다. 이런 마찰은 밸브에 의한 마찰도 포함하는데 이런 밸브의 주 용도는 유량을 줄이거나 흐름을 막는 것이다.(4) 벤츄리미터, 오리피스, 플랜지 (용도, 장단점)① 벤츄리미터 (venturi meter)유량계의 일종으로 공업공정을 제어하는데 필요한 물질의 도입 배출량을 측정하는 기구이다. 상류원뿔에서의 압력차를 이용하여 유량측정을 하게된다. 상류 원뿔에서는 속도가 증가하고 압력이 감소하고 하류원뿔에서는 속도가 감소하여 초기 압력을 대부분 회복한다. venturi meter는 기체에도 응용할 수 있지만, 보통 액체의 유량측정에 주로 사용된다. venturi meter는 사용 시 상당한 공간을 차지하고 값도 비교적 비싸다. 또한 목 부위의 크기가 고정되어 있어서 유량의 범위가 커지게 되면 모든 유량에서 정확한 측정을 기대할 수 없다.② 오리피스 (orifice meter)orifice meter는 정확하게 깎아서 구멍을 뚫은 판을 두 플랜지 사이에 끼운 것으로서, 구멍과 파이프는 동심이 되게 한다. 판의 구멍은 하류 쪽으로 비스듬하게 만든다. 압력탭은 오리피스 상류와 하류에 설치하는데, 마노미터나 이에 해당하는 압력 측정 기구에 연결한다. 압력탭의 위치는 임의로 정하는데, 그 위치에 따라 이 유량계의 계수가 달라진다. orifice meter 는 위에서 설명한 venturi meter의 결점을 방지할 수 있지만, 동력소비가 크다는 단점이 있다.orifice meter의 원리는 venturi meter와 같다. 오리피스를 지날 때 흐름 단면이 줄어들면 속도두가 증가하는 동시에 압력두가 감소하는데, 두 탭 사이에서의 이러한 압력 감소를 마노미터로 측정한다. 베르누이식에 기초하여 속도두의 증가와 압력두의 감소를 연관시킬 수 있다.③ 플랜지 (flange)두 개의 관을 연결할 때 사용하는 이음쇠로 주로 관의 지름이 크고 유압이 높은 경우, 빈번히 탈착할 필요가 있는 경우에 사용된다. 연결방법은 금속판 또는 금속고리를 볼트로 서로 맞추고, 그면 사이에 가스킷을 끼우는 것이다.(5) 마노미터압력을 재는 장치로써 그림과 같은 U자 관에 밀도가인 유체 A를 채우고 팔 부분에 밀도가인 유체 B가 채워져 있다고 할 때, U자관의 두 팔에 압력 Pa, Pb가 가해지면 액면의 높이차가 생기게 된다. 1에서의 압력은 Pa이고 2에서의 압력은

공학/기술| 2009.06.30| 3페이지| 1,500원| 조회(349)

화공실험, 예비보고서, 유체유동, Reynolds Number, 손실두

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유체유동 실험 결과보고서

1. 실험제목 : 유체유동 실험(Reynoldsnumber, 손실두 측정)2. 실험날짜 : 2008년 11월 28일3. 실험목적유체흐름을 통하여 Reynolds 수의 개념을 이해하고, 층류와 난류, 그리고 전이영역에 대한 유체흐름의 특성을 관찰한다.관 내의 오리피스, 벤츄리, 플랜지, 마노미터 등 관 부속품 근처에서의 유속변화에 따른 압력 손실두를 계산하고, 비압축성 유체의 흐름에 대한 특성을 이해하고자 한다.4. 실험방법▶ Reynolds number 구하기(1) 탱크에 물을 채우고 밸브를 열어서 적당량의 물을 탱크 내 관부를 통하게 한다.(2) 잉크를 이용하여 물의 흐름을 관찰하고 스톱워치로 시간을 재면서 그 유량을 측정한다.(3) 밸브로 유속을 변화시키면서 다양한 흐름에서 유량을 측정한다.▶ 손실두 구하기(1) 각 밸브를 열고 pump를 작동시켜 파이프 내의 air를 빼낸다.(2) 측정하고자 하는 장치의 밸브만을 열고 물을 순환시킨다.(3) 마노미터를 이용 압력차를 측정하고, 출구파이프를 열어 시간과 함께 유량을 측정한다.5. 실험결과(1) Reynolds number① DataChemical engineeringLaminar flow실험횟수Time(sec)물+빈통의 무게(kg)실제 물의 무게(kg)(kg/s)average(kg/s)(m/s)130.485.651.500.04920.04750.151230.645.551.400.0457330.515.601.450.0475Transition region실험횟수Time(sec)물+빈통의 무게(kg)실제 물의 무게(kg)(kg/s)average(kg/s)(m/s)130.0410.05.850.1950.2050.655229.9310.26.050.202329.9110.76.550.219Turbulent flow실험횟수Time(sec)물+빈통의 무게(kg)실제 물의 무게(kg)(kg/s)average(kg/s)(m/s)129.9013.659.500.3180.3251.035229.9314.4510.300.344330.001(assumption)NReFlow TypeLaminar flow2992Transition regionTransition region12939Turbulent flowTurbulent flow20454Turbulent flow( 필요한 자료 값 : 물의 밀도(ρ) = 998.204 kg/m3 at 20℃,물의 점도(μ) = 1.01cP = 1.01X10-3 kg/m·s at 20℃,빈 통의 무게 = 4.15kg , Diameter(glass) = 2cm )③ 계산과정 (ex : Laminar flow)●●→●④ Graph (logNRe vs)logNRe(m/s)Chemical engineering(2) Head loss① DataChemical engineeringVenturimeterLaminar flowTime(sec)물+빈 통 무게(kg)물의 실제 무게(kg)Pressure(psi)Pressure(Pa)29.874.850.70.9686674.1330.004.850.729.334.850.7Turbulent flowTime(sec)물+빈 통 무게(kg)물의 실제 무게(kg)Pressure(psi)Pressure(Pa)30.035.050.91.1668039.2929.975.050.929.925.050.9Straight pipeLaminar flowTime(sec)물+빈 통 무게(kg)물의 실제 무게(kg)Pressure(psi)Pressure(Pa)29.974.70.550.054372.3229.954.50.3529.944.50.35Turbulent flowTime(sec)물+빈 통 무게(kg)물의 실제 무게(kg)Pressure(psi)Pressure(Pa)30.005.050.90.3032089.1130.045.050.930.025.050.9FlangeLaminar flowTime(sec)물+빈 통 무게(kg)물의 실제 무게(kg)Pressure(psi)Pressure(Pa)30.014.80.650.141972.1630.004.80.6529.994.80.65T무게(kg)물의 실제 무게(kg)Pressure(psi)Pressure(Pa)29.995.251.10.3332295.9630.015.251.130.035.251.1VenturimeterLaminar flow(kg/s)average(kg/s)entrance(m/s)Head loss(J/kg)0.02340.02350.01386.6830.0233exit0.02390.0535Turbulent flow(kg/s)average(kg/s)entrance(m/s)Head loss(J/kg)0.03000.03000.01768.0520.0300exit0.03010.0682Straight pipeLaminar flow(kg/s)average(kg/s)(m/s)Head loss(J/kg)0.01840.01390.00970.3730.01170.0117Turbulent flow(kg/s)average(kg/s)(m/s)Head loss(J/kg)0.0300.0300.0212.0930.0300.030FlangeLaminar flow(kg/s)average(kg/s)entrance(m/s)Head loss(J/kg)0.02170.02170.05870.9090.0217exit0.02170.2605Turbulent flow(kg/s)average(kg/s)entrance(m/s)Head loss(J/kg)0.03670.03670.09932.2080.0367exit0.03660.4407② 결과 값Chemical engineeringFlow TypeHead lossVenturimeterLaminar flow6.683Turbulent flow8.052Straight pipeLaminar flow0.373Turbulent flow2.093FlangeLaminar flow0.909Turbulent flow2.208( 필요한 자료 값 :물의밀도(ρ) = 998.204 kg/m3 at 20℃ , 빈 통의 무게 = 4.15kg ,Straight pipe diameter = 42.7mm ,Venturimet7mm , exit = 23.7mmFlange diameter : entrance = 21.7mm , exit = 10.3mmKinetic coefficient() : laminar flow = 2.0 , turbulent flow = 1.0 )③ 계산과정 (ex : Venturimeter, Laminar flow)●●→ entrance● 1 psi → 6894.757188 Pa●6. 고찰이번실험은 흐르는 물에서 퍼지는 잉크의 흐름을 보고 유체의 특성을 추측한 뒤, 실제로 유량과 유속을 재고 레이놀즈수를 구해 추측한 유체 흐름과 비교해 보는 실험이었다. 물의 흐름을 그냥 눈으로 관찰하기는 힘들기 때문에 검은 잉크를 흘려서 그 잉크의 퍼지는 모양을 보고 층류인지, 난류인지를 예측했다. 물의 흐름을 눈으로 관찰하지 않고도 이를 판단할 수 있는 방법이 바로 레이놀수를 이용하는 것인데 레이놀수가 2100이하이면 층류. 4000이상이면 난류. 2100과 4000사이이면 전이영역이라 한다. 이러한 레이놀수는 실제 공장에서도 많이 사용하고 있는데 실제 공정에서는 유체의 교반이 아주 중요한 요소로 작용한다. 유체의 특성에 따라 레이놀수를 구하여 교반을 해주고, 흐름을 난류로 할지 층류로 할지를 미리 예측함으로써 경제적인 손실도 막을 수 있다.층류의 특징인 완전발달흐름을 관찰하기 위해서는 관 끝의 흐름을 관찰해야만 하는데 그 이유는 완전발달흐름은 유체가 계속해서 흘러가면서 보여지는 것이기 때문에 관벽에서의 흐름은 0이고 관 중심부의 흐름은 최대이기 때문에 관 끝에서 잉크의 퍼짐을 보다 확실하게 관찰할 수 있다.잉크가 퍼지지 않고 일정하게 흐르면 층류라고 판단하고, 갑자기 두갈래로 갈라지면 그것을 전이영역,와류가 심하면 난류로 판단하였는데 레이놀수 계산결과 추측과 정확히 맞아떨어졌다.이 실험은 특별히 오차가 생길만한 기계적, 장치적인 결함은 없는 것 같다.그 외의 오차의 원인을 살펴보면,① 물의 수위를 일정하게 조절해야 하는데 일정하게 유지되지 않을 수 있다.② 유속을 조절함에있을 수 있다.③ 관의 끝부분을 관찰해야 하는데 중간지점부터의 모습을 판단했을수 있다.④ 물의 유량을Chemical engineering계산해서 레이놀드 값을 구하기 위해 일정한 시간동안 밖으로 흘러나온 물을 받고, 그 무게를재서 질량유속을 구했다. 이 때, 우리가 직접 스탑워치와 손을 이용해서 물을 받았기 때문에 계산한 시간보다 덜, 혹은 더 물을 받았을 수도 있다.⑤ 잉크의 흐름을 제대로 판단하지 못했기 때문이다. 이것이 오차의 가장 큰 원인이라고 생각한다.실험을 통해 레이놀즈 수는 밀도에 비례하고 점도에 반비례한다는 것을 확인할수 있었고 유체유동 수업을 들을 때는 전혀 이해가 되지 않던 레이놀수에 관한 지식을 실험을 통해 몸소 느끼고 익혀 좀더 개념을 정리하는데 많이 도움이 되었다.물체가 움직이고 있을 때 역학적 에너지 보전의 법칙처럼, 유체가 움직일 때 역학적 에너지 보전의 법칙처럼 유체에 적용 되는 보전 법칙인 Beroulli식을 이용하여 관을 지난 때의 유체의 손실두를 구하는 실험이었다. 최종적으로 Beroulli식에서 hf인 손실두를 구하는 것이 목적 이었지만, 이를 구하기 위해선 △h, u을 먼저 구해야 했다.△h 의 경우는 관의 입구와 출구를 마노미터를 이용하여 직접적인 방식으로 구할 수 있었다. 그러나 관의 입구와 출구에서의 유속을 구하는 방법은 직접 측정을 해서 구하는 방식이 아닌 일정한 시간 동안에서의 유체의 질량 유량을 구한 후 유체의 밀도와 관의 단면적을 이용 유체의 유속을 구하는 간접적인 방식으로 구했다. 여기서 중요하게 가정 된 것이 있다. 그것은 오리피스와 벤츄리미터 입구에서의 유속과 다른 관의 출구에서의 유속이 같다고 한 것이다. 이는 엄연히 따지면 같을 수는 없다. 유체가 관을 흐르면서 마찰에 의한 압력 강하가 일어나고 그로 인해 유속이 떨어지기 때문이다. 그로 인해서 오차가 발생했을 것이다. 다음으로 마찰을 들 수 있다. 유체가 관을 통해 흐르면서 발생하는 저항 때문에 생는데 오래된 실험기구와 산화되기 쉬운 관내에 이물질이 다.

공학/기술| 2009.06.30| 7페이지| 1,500원| 조회(465)

결과보고서, 화공실험, 유체유동, 층류, 난류

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열전도도 및 열전달 계수 측정 실험 예비보고서 평가A+최고예요

1. 실험 제목 : 열전도도 및 열전달 계수 측정 실험2. 실험 목적여러 경우의 유체 흐름에서 열전도를 생각해보고 퓨리에의 법칙에서 k로 정의되는 열전도도에 대해 알아보고 금속고체에서의 열전도도를 측정해 본다.3. 실험 이론(1) 열전달 메커니즘(mechanism)열전달은 전도, 대류, 복사 이렇게 3가지 메커니즘으로 존재한다. 물질은 그 상태에 따라 정해진 내부 에너지를 가지며, 그 내부 에너지 중 분자, 원자, 전자 등의 병진운동과 회전운동, 열진동 등의 운동 에너지가 그 물체의 온도를 결정한다. 온도가 다른 두 물체가 접촉하면 두 물체의 온도 차이를 구동력으로 하여 고온에서 저온으로 열이 전달되어 열평형에 도달한다. 이 때 열이 전달되는 속도는 다음과 같다.열전달 속도 =Driving force(온도차)열저항열전달 속도를 높이려면 구동력인 온도차를 크게 하거나, 열저항(heat resistance)을 작게 하면 된다. 앞에서도 언급했듯이 열의 이동은 열이 전달되는 방법에 따라 다음과 같이 세 가지로 구분된다.① 전도(conduction)전도는 고체 또는 정지상태의 유체 내에서 이루어진다. 연속체 내에 온도 차이가 생기면 열은 구성물질의 시각적 이동 없이 흐를 수 있다. 기체 내에서의 전도는 기체 분자의 불규칙한 운동에 의해, 액체 내에서의 전도는 기체보다 더 조밀하고 강한 상호영향을 가진 분자의 운동에 의해 이루어진다. 고체 내에서는 격자 진동의 형태인 원자의 운동에 의해 이루어진다.전도의 경우 열의 흐름방향으로 유체의 움직임이 없는 상태의 열전도 Q는 다음과 같이 나타내진다.q : 열전달 단위k : 열전도도A : 열전도 흐름 방향의 면적x : 벽의 두께T1, T2 : 온도여기서 driving force는 ΔT 이다. 위식과 비교하여 저항 R에 관한 식으로 나타내면,열전도도는 물질마다 열전도속도가 다름을 나타내는 것이다. 뜨거운 냄비에 담가놓은 숟가락이나 국자가 뜨거워지는 것이 바로 전도의 흔한 예이다. 전도는 복사, 대류와 달리 열전달을 위한 매질이 필 내 온도차로 인할 때 발생되는 작용으로 인한 대류이고, 강제대류는 말 그대로 흐름이 펌프나 교반기 같은 기계적 장치에 의한 강제적인 대류이다.③ 복사(radiation)복사는 공간을 통해 전자기파(electromagnetic wave)에 의한 에너지의 전달에 주어지는 항이다. 전도나 대류와 달리 매질이 필요 없는 열전달 방식이다. 복사선이 공간을 통과하고 있을 때, 이것은 열 또는 기타 에너지형으로 변형되지 않고 그의 통로를 바꾸지도 않는다. 그러나 그 통로에 어느 물질이 존재하면 복사는 투과되거나 반사되거나 또는 흡수된다. 이 때 흡수된 에너지만이 열로서 나타나게 된다. 흑체(black body)에 의해 방출되는 에너지는 Stefan-Boltzmann법칙으로 나타낼 수 있다. 즉 흑체의 총 방사능은 절대온도의 4승에 비례하게 된다.σ : Stefan-Boltzmann 상수T : 절대온도어떤 물체에 떨어진 복사선 중 반사된 분율을 반사율(ρ), 흡수된 분율을 흡수율(α), 통과된 분율을 투과율(τ)이라 하며 이 합은 1이다.() 따라서 흑체란 복사에너지의 전부를 흡수하고 반사나 투과는 전혀 없는 흡수율이 1인 물체를 말하고, 흡수율은 다음과 같이 정의 된다.W : 물체의 전체 복사강도Wb : 흑체의 복사강도(2) 정상상태와 비정상상태정상상태와 비정상상태를 단순히 열의 이동에서 생각해 보면 열의 이동이 시간과 각 장소에 따라서 변하게 되는데 어떤 장소의 온도 T가 그 장소를 나타내는 좌표 (x,y,z)와 시간(t)의 함수로 표시되게 된다.정상 상태의 경우 시간에 따른 온도의 변화량이 일정하게 되어서 T=f(x,y,z)로 나타내고, 비정상 상태의 경우 시간에 따른 온도의 변화량이 일정하지 않게 되어서 T=f(x,y,z,t)로 나타나게 된다. 쉽게 말하자면 정상상태는 시간에 따라 온도가 변하지 않고, 비정상상태는 반대로 시간에 따라 온도가 변하는 것이다.① 정상상태(steady state)위에서도 언급했듯이 정상상태란 물리적 체계를 결정하는 변수가 시간에 따라 변 같은 특정한 물체의 평균온도를 구할 수 있다.반지름이 rm인 무한히 긴 고체 원통에 대한 평균온도()는 다음과 같다.또한 반지름이 rm인 구에 대한 평균온도()는 다음과 같다.가 된다.위의 두 식에서 F0=tT/rm2이 된다. F0가 0.1보다 클 때 위의 세 식은 급수 중 첫 항만이 유효하고 나머지 항은 무시될 수 있다.(3) 열저항열저항은 열전달이 일어날 때 그 흐름에 저항하는 성질이다. 즉 열전도도를 방해하는 성질이라 할 수 있다. 열저항은 균일한 물체 내부의 경우 열전도와 역수의 관계를 가지고 경계면이나 접촉면의 성질을 의미하기도 한다. 물체의 접촉면에는 반드시 틈이 존재하는데, 대부분의 경우 이러한 좁은 틈 사이의 공기층 때문에 열전달율이 감소한다. 따라서 접촉면이 부드럽거나 접촉면이 강하게 밀착될수록 접촉 열저항이 작아진다.열저항을 Fourier 식을 통하여 나타내었을 때 x가 뜨거운 쪽부터의 거리라 하면이고 이를 적분 하면,(x2 - x1 = B : 절연층 두께 , T1 - T2 = ΔT : 절연층 내 온도강하)가 된다. 열전도도 k가 k=a+bt에 의해 온도에 따라 직선적으로 변할 시, 위의 식은 k의 평균치를 취하여 사용할 수 있다. 여기서값은 T1과 T2에서의 각각 k값들을 산술평균하여 사용하거나 두 온도의 산술 평균치를 구하고, 그 산술평균 온도에서의 값을 사용한다. 그러면 위식은이 되고 여기서 R 은 점 1과 2사이에서 그 고체의 열저항이다.가 되고 이 식에서 알 수 있듯이 열저항(R)은 벽의 두께(B)가 두꺼울수록 열전도도(k)가 작을수록 커지는 것을 알 수 있다.직렬층으로 구성된 다층평판의 경우(단,: 고체 i의 열저항) 다음과 같이 나타낼 수 있다.(4) Fourier 법칙열전도의 기본 법칙은 실험적 관찰에 의한 Biot으로부터 유래되었지만 이 근거를 열의 이론적 해석에 사용한 프랑스 수리물리학자 Joseph Fourier에 의해서 성립되었다. Fourier`s Law는 한 방향으로의 전도에 의한 열전달속도는 열흐름에 수직한 면적과이라도 온도에 따라 변하는 물성치이다. k는 온도의 함수이기는 하나 강 함수가 아니기 때문에 좁은 온도 범위에서는 온도에 의한 영향은 거의 없다. 큰 온도 범위에서는(a, b는 실험값)으로 나타낸다.(5) 이중관 열교환기(향류, 병류)이중관 열교환기(double pipe heat exchange)는 하나의 관이 공통의 축을 가지는 다른 관 속에 위치함으로써 이루어진다. 열교환기의 기능은 열교환을 통해 찬 유체의 온도는 증가 시키고 뜨거운 유체의 온도를 강하시키는 것이다. 한 유체는 안쪽 관을 통해 흐르고 두 번째 유체는 두 관 사이의 환상공간을 통해 흐른다. 두 유체가 서로 같은 방향으로 흐르는 경우 흐름형태를 병류(parallel flow)라고 하고 반면에 두 유체가 서로 반대방향으로 흐르는 경우 흐름형태를 향류(counter flow)라고 한다. 향류형태가 병류형태보다 더 효과적이다. 이중관 열교환기는 가장 단순한 유형에 속하며 쉽게 제조할 수 있고, 매우 신뢰할 수 있다. 그러나 작은 표면적 대 부피율 때문에 열전달 능력이 제한된다.① 향류(counter flow)교환기의 양쪽 끝에서 두 유체가 들어가 그 장치 내에서 서로 반대방향으로 통과하는 흐름형태를 향류라 하며 또는 맞흐름이라 한다. 이 때 접근단(종단 국부온도차)은 △T1 = Thb - Tca, △T2 = Tha - Tcb 이고 더운 유체와 찬 유체의 범위는 각각 Tha - Thb, Tcb - Tca 이다.② 병류(parallel flow)두 유체가 교환기의 같은 끝부분에서 들어가고, 그 흐름이 같인 방향이면 그 흐름은 병류라 한다. 이때의 접근단은 △T1 = Tha - Tca, △T2 = Thb - Tcb 이고 이때의 더운 유체와 찬 유체의 범위(range)는 각각 Tha - Thb, Tcb - Tca이다.(단, Tha = 유입되는 뜨거운 유체의 온도, Thb = 유출되는 뜨거운 유체의 온도, Tca = 유입되는 찬 유체의 온도, Tcb = 유출되는 찬 유체의 온도)③ 열교환기 내 에너지수지열교빼앗기면서 열을 잃기 때문에의 부호는 양이고,의 부호는 음이다. 그래서 다음과 같이 총괄 엔탈피수지식(overall enthalpy balance)을 세울 수 있다.만일 현열(상변화 없이 유체온도의 상승 또는 감소로부터 오는 열)만이 전달되고 일정비열이라고 가정된다면, 열교환기에 대한 총괄 엔탈피 수지는 다음과 같이 된다.(6) 뉴턴의 냉각법칙뉴턴의 냉각법칙이란 물체가 복사에 의하여 잃어버리는 열량은 그 물체와 주위의 온도차에 비례한다는 근사적 법칙으로써 1701년에 뉴턴이 발견하였다. 뉴턴의 냉각법칙은 온도차가 작은 경우에만 적용되며 수학적 표현은 다음과 같다.(단,: heat flux[W/m2]: 열전달 계수[W/m2·K]: 가열벽면의 온도(뜨거운 유체)[K]: 냉각재의 평균온도(차가운 유체)[K])식으로부터 열은 두 표면의 온도차에 의해 냉각되는데 이 때 냉각재의 상태에 비례하여 냉각속도가 결정된다. 냉각속도는 열전달계수에 비례한다. 열전달계수 h는 유체의 속도, 매질에 따라 결정되는 함수로 실험을 통한 경험식으로부터 얻을 수 있다. 매우 뜨거운 물을 마실 때 어느 정도 시간이 지나면 급격히 실내온도와 근접해지는 현상이 바로 뉴턴의 냉각법칙의 한 예라고 할 수 있다.(7) 열전달 계수고체표면 밖의 유체가 강제 또는 자연 대류운동을 할 때 고체에서 유체로 또는 그 반대의 경우 열전달 속도는이다. 여기서 Q는 열전달속도[W], A는 면적[m2], TW는 고체 표면의 온도[K], Tf는 흐르는 유체의 평균온도[K], h는 열전달 계수[W/m2?K]이다. 열전달계수는 유체의 상태, 유체조건, 강제 또는 자연대류, 상변화, 자유 선속도, 표면의 구조와 거칠기, 표면에서의 위치, 유체의 온도의존성 등 여러인자를 고려하여 결정해야 한다. 일반적으로 주어진 유체에 대한 열전달 계수는 강제대류일 때가 자연대류일 때보다 크다.① 총괄 열전달 계수 (U)직렬고체를 통과하는 열훌럭스(heat flux)는 구동력, 즉 총괄온도차(ΔT)에 비례한다. 열교환기에서의 구동력은 Th 있다.

공학/기술| 2009.06.30| 9페이지| 1,500원| 조회(480)

화공실험, 열전도도, 예비보고서, 열전달계수

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열전도도 및 열전달 계수 측정 실험 결과보고서

1. 실험 제Chemical engineering목 : 열전도도 및 열전달 계수측정 실험2. 실험 방법(1) 열전도도 실험① 일정한 양(100L/h)의 냉각수가 흐르는 것을 확인한 후 실험을 시작한다.② 실험을 하는 동안 냉각수의 흐름이 일정하게 유지되는지 유량계를 확인하면서 실험을 수행한다.③ 냉각수의 유량에 변화가 생기면, 밸브를 조절하여 일정하게 유지시킨다.④ Heater의 온도를 100℃로 설정한다.⑤ Heater의 온도표시계가 100℃를 가리킨 후 10분 정도 대기하여 steady state 상태가 되도록 한 후 실험을 진행한다.⑥ 핸들을 돌려 각 지점에서의 온도를 측정한다.⑦ 핸들 조작은 정확히 하여 각 지점과 지점 사이에 놓이지 않도록 한다.⑧ 200℃에서 한 번 더 반복 측정한다.⑨ Heater의 온도를 100℃로 설정 후, 각 지점에서의 온도를 측정한다.⑩ 실험이 종료되면 heater 전원을 바로 끄지 않고 상온이 될 때 까지 기다린 후 전원을 끈다.(2) 열전달 계수 실험① 먼저 이중관 열교환기의 스위치를 켜고 냉각수가 충분한지 확인한다.② Hot fluid 의 온도를 70℃로 설정하고 먼저 향류 측정을 위해 레버를 향류쪽으로 돌려놓는다.③ steady-state에 도달할 때까지 기다린다.④ 온도 센서 스위치를 돌려 hot fluid의 입구와 출구, cold fluid의 입구와 출구, 관 내 두 지점의 온도를 측정한다.⑤ lever를 돌려 병류로 설정하고 steady-state가 되면 위와 같은 방법으로 각 지점의 온도를 측정한다.(향류에서 병류로 설정한 뒤 바로 실험하지 않도록 주의)⑥ 스위치를 돌리면서 각 부분의 온도를 측정한다.3. 실험 결과(1) 실험식 계산 과정① 식유도 (열전도도)먼저 구리와 SUS 304의 접촉표면에서의 열저항을 무시한다고 가정하고 Fourier 법칙에 의해 1차원 정상상태에서 Heat flux(q/A)가 일정하다는 것을 이용하면이고 이것을 적분하면 다음과 같다.(단, R : 구리, x : SUS 304, λ : 단, 여기서 접촉저항 =, a, b의 총 저항 =,)시료 a, b 의 두께를 각각,라 하고 만약가보다 크다면, 저항은 길이에 비례하므로저항 역시가보다 크다. 따라서 (ⅱ)식에서를 소거시키면이다.정상상태일 때,,이므로이다.즉,가 된다.……(ⅲ)따라서 두께가인 시료의 저항은가 된다. 그리고,이다. 이것을 (ⅲ)식에 대입한다. (여기서,는 접촉면의 두께를 무시할 때 총 저항에 대한 열전도도)그러면가 되고, 이것을에 대해 정리하면 다음과 같다.그리고,는 (ⅰ)식으로부터 다음과 같이 유도할 수 있다.,② 측정값SpecimenStandard cylinderMaterialSUS 304CuDiameter40 mm40 mmThicknessLa = 4.0mmLb = 2.0mmLR = 30mmThermalconductivityλ = 100℃:3.787200℃:3.611λR = 320kcal/m hr ℃ⅰ) 실험1. 100℃Chemical engineering에서 열전도도 측정t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10△t1,2△t2,3△t3,4△t7,8△t8,9△t9,*************584*************ⅱ) 실험2. 200℃에서 열전도도 측정t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10△t1,2△t2,3△t3,4△t7,8△t8,9△t9,1**************************5887674(2) 100℃ 일 때 Δta, Δtb 값 계산t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10x (온도, ℃)1009*************4037y (거리, cm)23.620.617.614.613.210.29630① t1 (100, 23.6) = (x1, y1), t4 (90, 14.6) = (x2, y2)선형이라고 가정하고 두 좌표를 지나는 하나의 직선을 외삽법을 통해 구한다.즉,을 정리하면 다음과 같다.이다.따라서 4.0mm SUS 304의 윗부분 온도는 y = 14.1 일 때 온도이므로 위에서 구한 직선식에 대입하면 x = 89.44℃가 나온다.② 같은 방법으로 t5 (61, 13.2) t6 (58 , 10.2) = (x1, y1)에서 식을 유도.따라서 2.0mm SUS 304의 윗부분 온도는 y =9.7 일 때 온도이므로 위식에 대입하면 다음과 같이 계산된다.에서˚CChemical engineering④ t7 (45 , 9.0) = (x1, y1) , t10 (37 , 0) = (x1, y1) 로부터 다음의 식이 유도된다.따라서 2.0mm SUS304의 아랫부분 온도는 y =9.5 일 때 온도 이므로 위식에 대입한다.˚C∴ Δtb = 57.5 - 45.44 = 12.06℃(3) 200℃ 일 때 Δta, Δtb 값 계산역시 같은 방법으로 반복하면 다음과 같다. Δta = 64.67, Δtb = 28.42(4) 100℃ 일 때 열전도도 계산①② 거리 vs 온도 의 직선그래프를 외삽하여 구해낸 2.0mm SUS, 4.0mm SUS 의 양쪽의 온도차,③④⑤(5) 200℃ 일 때 열전도도 계산①② 거리 vs 온도 의 직선그래프를 외삽하여 구해낸 2.0mm SUS, 4.0mm SUS 의 양쪽의 온도차,③④⑤(6) 계산 결과 data100℃34.585.314.03200℃6.674.453.93(7) GraphChemical engineering① 100℃일 때 온도 vs 위치 그래프② 200℃일 때 온도 vs 위치 그래프(8) 실험값과 이론값의Chemical engineering오차① SUS 304의 열전도도 (이론값)< Perry & Green (1999) - Perry's Chemical Engineer's Handbook, 7Th Ed - Mcgraw-Hill >212℉(100℃) 에서 9.4 BTU/ft?hr?℉ → 13.4932℉(500℃) 에서 12.4 BTU/ft?hr?℉ → 18.4그런데 200℃에서의 열전도도 값은 핸드북에 나와 있지 않았다.따라서 k = a + bT를 이용해서 구해준다.13.4 kcal/m?hr?℃ = a + b(100), 18.4 kcal/m?hr?℃ = a + b(500)두개의 식을 연립방정식으로 풀면 a = 12. g/sec물의 CP : 4.182kJ/kg?K, 물의 밀도 : 1kg/㎥A = 0.0288㎡ , Ai = 0.0261㎡ , Ao = 0.032㎡D0 = 0.01m , Di = 0.0082m , DL = 0.0091=0.0009mBrass (70 copper, 30zinc) 의 열전도도32℉ 에서 56 Btu/ft·hr·℉, 212℉ 에서 60 Btu/ft·hr·℉② 실험 DataT1T3T6T7T10향류(70℃)69.67067.266.820.9병류(70℃)61.87067.920.765.2③ 향류에서 열전달계수계Chemical engineering산ⅰ)total() :=ⅱ) Q (heat flow)?=?=ⅲ) Twc를 이용하는데 필요한 데이터는 다음과 같다.ⓐ=ⓑ은 32℉에서의 값과 212℉에서의 값을 외삽하여 구한다. 그러면 101.67 W/m·℃ 이 된다.ⓒ,,∴ 위 데이터들을 이용하여 식을 풀면에서ⅳ) 열전달계수 (),,= 894.26= 733.29④ 병류에서 열전달계수계산Chemical engineeringⅰ)total() :=ⅱ) Q (heat flow)?=?=ⅲ) Twc를 이용하는데 필요한 데이터는 다음과 같다.ⓐ=ⓑ은 32℉에서의 값과 212℉에서의 값을 외삽하여 구한다. 그러면 101.67 W/m·℃ 이 된다.ⓒ,,∴ 위 데이터들을 이용하여 식을 풀면에서ⅳ) 열전달계수 (),,= 826.13= 677.42(10) graphChemical engineering4. 고찰이번 실험은 고체에서와 유체에서의 열전달 흐름을 파악해 열전도도와 열전달 계수를 측정하는 실험이었다. 정상상태의 열흐름 특성을 이해하고 푸리에 방정식을 적용해 열전도도와 열전달 계수를 구하였다. 열전도도 측정 실험은 100℃, 200℃, 다시 100℃ 이렇게 세 번 하였고, 얻어진 data를 통해 직접 거리에 따른 온도 변화를 그래프로 그린 후 외삽을 통해,를 구하였다. 최종적으로 얻어진 열전도도는 이론값과는 큰 차이를 보였으며 다음과 같은 원인이 작용했을 것이다.첫 번째로 정상상태 가 수 있었Chemical engineering기때문에정확한 온도 변화를 측정하는데 어려움이 있었다.두 번째로 완벽한 단열이 이루어지지 않았다는 것이다. 표면 온도를 제대로 유지하려면 전체적으로 단열이 되어야 한다. 실험에서는 외부 표면을 덮긴 했지만 단열재가 아니었기 때문에 완벽한 단열이 되었다고 볼 수 없다.세 번째로 외삽에 의한,계산이다.,는 직접 측정한 것이 아니라 그래프를 통해 얻어낼 수 있었다. 구리의 기울기 변화는 일정하다고 가정하고 각 지점의 오차를 무시해 직선을 얻어낸 후, 기울기가 변하는 지점에서 온도차를 구하였다. 실험값을 가지고 그린 그래프는 각 지점마다 기울기 값이 다르기 때문에,에 오차를 발생시켰을 것이다.네 번째는 접촉열저항이다. 실험에서는 구리와 SUS 304사이에 열저항이 없다고 가정했었는데 접촉열저항이 없다면와는 길이 차이만 있기 때문에가의 두 배가 되어야 한다. 하지만 실험에서 알 수 있듯이 결과값은 정비례하지 않았고 이는 접촉열저항이 존재한다고 생각할 수 있다. 실험에서는 접촉저항과 접촉면의 두께를 간주하지 않았기 때문에 오차가 발생하였다.다섯 번째는 Cu의 물성변화이다. 최종적으로 얻은 전도도가 이론값보다 작게 나온 것으로부터 구리의 저항이 이론값과는 많은 차이를 보인다는 것을 알 수 있다. 다시 말하면 구리의 물성이 변하여 저항이 변하였다고 볼 수 있다.두 번째 실험은을 이용해 열전달 계수 h와 U를 구하는 열전달 계수 측정 실험이었다. 향류에 관한 흐름을 측정한 후 병류에 관한 온도 변화를 측정하였다. 이 실험은 유체의 온도를 설정하고 스위치를 돌려 각 부분의 온도를 측정하는 간단한 실험이었다. 얻어진 결과값으로 병류와 향류일 때 온도 구배를 그려보았는데 이 작업을 통해 보다 정확히 유체흐름에 따른 열전달 흐름과 이중관열교환기의 특성을 자세히 이해할 수 있었다.이 실험에서도 다음과 같은 요인이 정확하지 못한 실험값에 영향을 주었을 것이다.첫 번째는 실험횟수와 정상상태 가정이다. 이중관열교환기 실험도 앞의 실험과 마찬가지로있다.

공학/기술| 2009.06.30| 11페이지| 2,000원| 조회(570)

결과보고서, 화공실험, 열전도도, 열전달계수

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