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열교환기_종류

[병류와 향류]1. 향류(counter-current)2. 병류(co-current)유체가 서로 반대 방향으로 흐르는 상태유체가 서로 같은 방향으로 흐르는 상태열교환기는 주로 전도와 대류에 의한 열전달만 고려한다. 물론 복사도 일어나지만 이는 무시 하는게 일반적이다. 분류방법에는 여러 종류가 있으나 유체의 흐름에 다라 병류, 향류, 직교류 등으로 나눌 수 있다. 병류와 향류의 열교환기를 비교하면 병류형 열교환기에서 저온부의 출구온도는 고온부의 출구 온도보다 높을 수 없고 열역학적인 관점에서 보아도 공정의 가역성이 향류형 열교환기 보다 떨어진다. 즉, 엔트로피의 생성과 lost work가 병류가 훨씬 크다. 따라서 향류형 열교환기가 병류형 열교환기 보다 더 효율적이다. 이중관 열교환기에서 열전달 저항은 내부 흐름에서의 대류에 의한 열전달저항, 내부 관에서의 전도에 의한 저항, 관에서의 대류에 의한 저항의 합으로 주어진다. 열교환기를 오래 사용하다 보면 부식, 침전물에 의한 열전달 저항이 열교환이 일어나는 양쪽에 더해지며 이러한 저항을 오염계수로 정의한다. 열교환기의 접촉면에 따라 온도변화는 모두 지점에 따라 다르다. 만약 열교환에 의해 변화하는 온도변화가 작다면 로그민과 대수평균의 차이는 거의 없으나 온도변화가 클 경우 그 차이는 매우 크며 이를 보정하기 위해 로그민을 사용하고 그 값은 다음과 같이 정의된다. 열교환기의 형태에 따라 총괄 열전달 계수의 식에 수정계수를 곱해줌으로 써 보정할 수 있다. LMTD방법은 유입 및 유출 온도가 모두 알려져 있을 때 계산하기 편리하다. 만약 온도가 모두 알려져 있지 않다면 effectiveness를 통해 열교환기를 설계할 수 있다. /////원통다관식(Shell&Tube) 열교환기평판형(Plate Type) 열교환기이중관식(Double Pipe Type) 열교환기//

공학/기술| 2012.05.10| 3페이지| 1,000원| 조회(1,356)

열교환기, 전도, 이중관, 향류, 유체흐름, 관, 지점, 출구온도, 의식저항

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물질의 전달방식

물질의 전달 방식흡수와 추출의 경우는 분리공정의 60%이상 되는 내용이기 때문에 자세한 언급을 하지 못했습니다. 제가 조사한 부분은 흡수, 추출, 흡착이 어떤 것이고 구분되는 점 정도를 간략히 언급하는데 중점을 뒀습니다.상평 형 관 계단위 조작(분리 조작)기 - 액(저농도)기체의 용해도흡 수기 - 액(고농도)기-액 평행증 류액 - 액 - 액액-액 평형추 출액 - 고흡착 평형(액상)흡착기 - 고흡착 평형(기상)흡착흡 수 : 증류탑에서 가장 흔하게 쓰이는 분리 방법이다. 혼합기체를 액체와 접촉시켜 기체의 특정 성분을 액체 속에 용해, 흡수시키는 조작을 말한다. 이를 통해 혼합된 기체를 단순히 분리해 내거나, 필요 없는 성분 또는 유해성분을 제거해 낼 수 있다. 또한 유용한 성분을 회수하거나 새로운 생성물을 제조하기도 한다. 흡수의 가장 대표적인 예로는 증류탑을 들 수 있다.기체에서 액체로액체에서 기체로Strippingadsorption추 출 : 액체의 분리에 주로 쓰이는 분리방법으로써, 특히 끓는점이 비슷한 두 가지 용액 A, B에 새로운 용액 C를 첨가하여 분리하는 방법이다. 주목할 점은 C가 A 나 B 성분중 하나와 친화력이 강하여 AC+B 혹은 A+BC 형태의 화합물을 만든다는 것이다. 그렇게 새로 만들어진 화합물은 기존의 물질들과 비교했을 때 그 끓는점의 차이가 생기게 되고 이를 증류하게 되면 A와 B 성분을 분리 할 수 있다. 그 이후 남은 화합물을 끓는점 차이를 이용하여 다시 분리해 낼 수 있다.?첨부흡착 : 어떤 기체(혹은 액체) 물질이 다른 액체 또는 고체물질과 접하고 있을 때, 경계면에서 어느 물질의 농도가 증가하는 현상을 흡착(adsorption)이라고 부른다. 여기서 흡수과 구분되는 점은 흡수가 경계면을 지나 다른 상의 내부까지 물질이 전달되는 반면에 흡착은 경계면을 지나지 않고 그 경계면에 부착된다는 것이다. 대표적인 예로는 굴뚝에 장치된 탈황장치나 냄새먹는 하마, 패브리지 등을 들수 있다.

공학/기술| 2012.05.10| 3페이지| 1,000원| 조회(75)

인력, 고체, 정전기, 탈황, 굴뚝, 장치, 공유결합, 물질의 열 전달, 패브리지

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펌프공동형상비속도최종본

목차1 펌프의 원리2 펌프의 종류와 특성2.1 터보형 펌프2.1.1 원심 펌프2.1.2 축유 펌프2.1.3 사유 펌프2.2 체적형(용적형) 펌프2.2.1 왕복식 펌프2.2.2 회전식 펌프2.3 특수형 펌프2.3.1 기포 펌프2.3.2 제트 펌프2.3.3 마찰 펌프(재생펌프, 와유 펌프. 웨스트코펌프)2.3.4 수격 펌프2.3.5 진공 펌프3. 공동현상 (cavitation 현상)3.1 캐비테이션의 영향3.2 캐비테이션의 종류3.3 NPSH3.4 캐비테이션 방지 방법4. 펌프의 비속도(Specific speed)5. 수차의 종류와 특성5.1 수차의 종류5.1.1 충돌수차5.1.2 반동수차5.2 수차의 비속도5.3 수차의 공동현상1. 펌프의 원리가. 흡입 Suction펌프본체 내부에 기계적인 방법으로 저압부(진공부)를 만들어두면 대기압을 받고 있는 잦은 위치의 유체가 펌프본체 내로 흡입되게 된다. 이는 마치 주사기를 물속에 넣고 주사기의 피스톤을 잡아당기면 그 내부에 저압부가 생겨 물이 주사기 내부로 빨려 올라오는 이치와 다를 바 없다. 즉 펌프의 대기압(760mmHg, 10.33m H20)을 이용하여 물을 흡입하는 구조이므로 원리상펌프의 下方(하방) 10.33m보다 더 깊은 위치의 물을 흡입할 수 없으며 흡입관의 마찰손실 등으로 인해 물 펌프의 실흡입상능력(實吸入上能力)은 6~8m를 넘지 못한다.나. 토출 Discharge펌프 본체까지 흡입한 유체에 기계적인 에너지를 가하여 가압함으로써 유체를 펌프 상방으로 밀어올리는 능력을 말한다. 펌프의 축회전수(軸回轉數)를 높이고 임펠라의 크기나 수를 늘려 토출압력을 증대시킬 수 있다. 그러나 그와 같은 방법으로 흡입능력을 높일 수 없다는 점에 주의하여야 한다.2 펌프의 종류와 특성형식작동방식종류터보형 펌프원심력식볼류트 펌프,터빈 펌프(디퓨저 펌프)사유 펌프축유 펌프체적형 펌프왕복식피스톤 펌프플렌저 펌프회전식기어 펌프베인 펌프특수형 펌프기포 펌프제트 펌프마찰 펌프수격 펌프진공 펌프2.1 터보형 펌프깃(vane)을 가진 임펠며, 저양정, 대유량에는 혼유형을 사용한다. 혼유형은 그것의 모양이 프랜시스 수차의 회전차와 닮았으므로 프랜시스 형이라고 할 때도 있다. 사류펌프도 넓은 의미에서 보면 혼유형에 포함되나 보통 혼유형펌프는 깃 출구에서의 유동은 반지름 방향이고, 사류펌프는 깃 출구에 있어서 축방향 성분이 상당한 비율을 차지 한다.⑤ 회전차 속도에 의한 분류○저속도형 ○중속도형 ○고속도형이 경우에 저속도형은 반경유형에 고속도형은 혼유형에 해당하고, 중속도형은 그것의 중간형이다. 이 분류는 펌프의 비속도의 크기에 의하여 비속도가 큰 것은 고속도형, 작은 것은 저속도형 이라고 하는 방법이다.⑥ 케이싱에 의한 분류○ 분할형(sectional type) 펌프 : 보통 다단펌프에 있는 것으로, 각단이 축에 수직인 평면에서 분할되어 있으며, 축방향으로 차례로 세워서 조립한 것○ 원통형(cylindrical casing) 펌프 : 케이싱이 일체로 되어 있는 것. 특히 고압의 예는 보일러 급수펌프로서 배럴형 이라고 한다.○ 상하 분할형(split type) 펌프 : 축을 중심으로 상 하 2개로 분할된다. 대형 펌프에 많고 분해하는 데 편리하다.2.1.2 축유 펌프(axial flow pump)그림 2.1 에서와 같이 임펠러가 프로펠러형이고 물의 흐름이 축방향인 펌프로서, 저양정(보통 10m이하) 대유량에 사용한다. 농업용의 양수펌프, 배수펌프, 상,하수도용 펌프에 이용되고 있다.운전중에 임펠러 깃의 각도를 조정할 수 있는 장치가 설치된 가동익 축류펌프와 조정할 수 없는 고정익 축류펌프가 있다. 고정익 축류펌프를 단순히 축류펌프라 부른다.그림 2.1 축류펌프 구조도 축류펌프임펠러의 모양그림 2.2 축류펌프의 임펠러1) 축유펌프의 성능에 영향을 미치는 제요소① 가동익의 경사② 가동익의 깃수③ 고정익(안내깃)의 경사 및 깃 수2.1.3 사유 펌프사류펌프(mixed flow pump) : 축류펌프와 구조가 거의 같으나 임펠러의 모양은 그림2.1 과 같이 물이 축과 경사방향으로 흐르도록 되어 있으며, 저는 회전체(rotor)가 있다. 회전체의 회전에 따라서 그 주위에 부착되어 있는 깃(vane)이 상항 케이싱의 내면에 접하게 됨에 따라 유체를 그 사이에서 그대로 운송하게 된다.2.3 특수형 펌프2.3.1 기포 펌프(air lift pump)그림 5.1은 기포펌프의 구조를 나타낸다. 압축공기를 공기관을 통하여 양수관 속으로 혼입시키면 양수관 내느 물보다 가벼운(혼합체)가 되기 때문에 부력의 원리에 EK라 관외의 물에 의하여 위로 밀려 올라가게 된다. 이 펌프는 구조가 간단하여 수리에 관한 걱정이 적다. 위와 아래에 다른 이물이 포함되어 도 별로 차가 없는 것이 장점이다. 효율은 다음과 같이 표시된다.효율이 낮은 것(15~30%)이 결점이다. 보통 공기관과 양수관과의 면적비는1/4~1/6, 양수관의 수면 아래 길이는 양정의 1.5~2배로 보고 양수관 내의 물(공기를 포함하지 않은) 의 유속은 1.5m/sec 정도가 되면 효율상으로 좋다고 이야기 할수 있다.그림 5.1 기포 펌프2.3.2 제트 펌프그림 6.1.b에서 나타낸 바와같이 고압의 구동유체(제1유체)를 노즐로 압송하여 그 곳에서 목(throat)을 향해 고속으로 분출시키면 분류의 압력은 저압으로 된다.(베르누이정리) 이 결과 분류의 주위의 피동 유체(2유체) 는 분류에 흡입되고, 이들 제1, 제2 유체는 혼합충돌을 하여 흡입 작용을 높이면서, 목을 통과한다. 그곳에서 다시 디퓨저로 돌아가면 여분의 운동에너지는 압력에너지에 회수되어 송출구를 통하여 송출된다. 취급하는 유체는 제1, 제2 유체와 다같이 가스 증기 액체 등의 목적에 응용시켜 다종다양하다그림 6.1 a제트펌프 b제트펌프2.3.3 마찰 펌프(재생펌프, 와유 펌프. 웨스트코펌프)재생펌프, 와유 펌프. 웨스트코펌프 라고도 부른다. 이 펌프는 원판 모양의 깃과 이 깃을 포함하는 동심의 짧은 원통 모양의 케이싱으로 구성되어 있다. 흡입구와 송출구는 케이싱의 회전차 바깥쪽에 설최되어 있다. 원판 모양의 회전차(깃 포함)는 그 주위에 많은 홈을 판 판 원판으지로 물이 관 속을 유동하고 있을 때 흐르는 물 속의 어느 부분의 정압(static pressure)이 그때의 물의 온도에 해당하는 증기압(vapor pressure) 이하로 되면 부분적으로 증기가 발생한다. 이 현상은 공동현상(Cavitation) 이라고 한다.펌프에서 캐비테이션이 일어나면 진동과 소음을 일으키고, 성능의 저하를 가져오며, 더욱 강한 캐비테이션이 되면 운전을 지속하는 것이 곤란하다. 특히 캐비테이션은 그것이 일어나는 부분의 회전차 또는 케이싱의 부식작용을 일으킨다.이와 같은 작용을 가져오는 캐비테이션은 펌프 설비의 계획을 할 때, 이것에 대한 고려를 함으로써 대부분은 피할수 있다. 설비의 편의상 어쩔수 없는 조건이 주어지는 경우에는 펌프를 설계할 때 캐비테이션을 피하는 특별한 구조를 채용함으로써 그 목적에 도달할 수 있으나, 이러한 구조에도 한계가 있으므로 설계방법에 의해서 해결되는 것은 아니다. 또 펌프의 설비 계획이 적절하다고 하더라도 운전중에 펌프의 운전 상태에 주의하지 않으면 캐비테이션을 일으키는 일이 있으므로, 이것을 방지하는데 충분히 주의해야 할 것이다.수차에서 공동현상에 의해 부식이 되는 곳의 대표적인 부위로는-Pelton수차의 Niddle부위-Francis수차의 Runner와 Guide Vane부위-Propeller수차의 Runner 등3.1 캐비테이션의 영향1. 캐비테이션의 생성-성장-붕괴-소멸의 과정에서 수증기가 순간적으로 축소하면서 강한 충격력이 추진기 날개면에 가해지고 이는 추진기의 침식을 유발함2. 주기적인 캐비테이션의 발생과 소멸은 선체 표면에 변동 압력을 가하여 진동 및 소음을 유발함3. 추진 효율이 급격히 떨어져 추진 성능이 저하4. Rudder, Shaft, Hull, Strut등 선미 구조물에 충격5. 수중 방사 소음 유발로 군함에 있어서 소나 피탐율을 증가 시킴3.2 캐비테이션의 종류1.얇은층 공동 현상 (Sheet Cavitation)-날개 앞날에서부터 시작하여 얇은층 형상으로 발생. 일반적으로 안정적이지만 Q1을 1㎥/min 전양정 H1을 1m 로 유지시키면 이 때의 제1 의 펌프의 회전수 n1은 비속도 Ns 가 되며 다음과 같다.]두 펌프가 상사일 때는 비속도가 같으므로가 된다. 또한 비속도가 정해지면 회전차 하나에 대한 날개(vane)의 형상이 결정된다. 비속도는 회전차 하나에 유입되는 유량 그리고 그 회전차에서 얻어지는 전양정과 관련이 있으므로 양흡입 펌프나 다단(2단이상) 펌프에서의 비속도를 구하는 식은 다음과 같다.① 양흡입 펌프에서 송출유량이 Q㎥/min 이고 전양정이 Hm, 펌프의 회전수가 n rpm 일 때 비속도는는(㎥/min, m, rpm)이다.② 다단(2단이상) 펌프에서 송출유량이 Q㎥/min 이고 전양정이 Hm, 펌프의 회전수가 n, 회전차 수가 z개일 때 비속도는(㎥/min, m, rpm)이때의 값을 밑의 표1에서 찾을수 있다.l/s, m, rpm4.08㎥/s, m, rpm0.129/min, ft,rpm2.44usgal/min, ft, rpm6.67/sec, ft, rpm0.314표그림 1. 터보펌프 임펠러의 모양과 Ns 및 펌프의 종류 비교펌프 회전차의 형상에 따라서 일반적으로 사용되고 있는 비속도의 값은 다음 과 같다.터빈펌프 :＝８０～２５０（㎥/min, m, rpm）볼류트펌프 :=200~260 (㎥/min, m, rpm）사류펌프 :=600~1200 (㎥/min, m, rpm）축류펌프 :=1200~2300(㎥/min, m, rpm）비교회전도는 터보펌프의 임펠러 형식을 나타내는 대표적인 수치로서, 각종 펌프의 특성연구, 설계, 선정을 위하여 수량으로 비교하는 표준치이다.Ns가 같으면 펌프의 크기에 관계없이 동일 형식이며 특성도 대체로 같다. 일반적으로 고양정ㆍ소유량일수록 Ns는 작고, 저양정ㆍ대유량 펌프일수록 Ns는 커진다. 또한 토출량과 양정이 같아도 회전수가 다르면 Ns도 달라지며 회전수가 높을수록 Ns가 높아진다.5. 수차의 종류와 특성5.1.1 충돌수차① 펠톤 수차충동수차의 대표적인 것으로 낙차가 크고 유량이 적을 경우에 주로 사.

기타| 2012.05.09| 28페이지| 1,500원| 조회(263)

펌프, 액체, 진동, 터보, GS건설 면접, 가능, 임펠러, 연속송수, 계통적변화

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크래킹 리포밍 옥탄 세탄가

※ 리포밍(Reforming)석유를 증류하여 얻어지는 나프타를 직류가솔린(straight-run gasoline)이라고 하며 이는 옥탄가 낮다. 최근 가솔린 엔진이 발달함에 따라 가솔린 엔진의 효율상 옥탄가가 높은 가솔린이 중요시 되어, 옥탄가가 낮은 가솔린으로부터 옥탄가가 높은 가솔린을 제조하는 분해법이 이용되는데 이를 리포밍이라고 하며 이렇게 얻어진 가솔린을 개질가솔린이라고 한다.※ 크래킹(Cracking)자동차 ·항공기 등이 발달함에 따라 가솔린의 수요가 급격히 증가하여, 원유의 증류에 의한 직류가솔린이나 천연가스로부터 얻어지는 천연가솔린만으로는 부족하여 중질유을 열분해하여 가솔린을 만드는 것을 크래킹이라고 한다. 크래킹에는 원료유를 고온 고압하에서 분해하는 열분해(thermal cracking)과 촉매를 사용하여 분해하는 접촉분해(catalytic cracking)가 있다. 촉매중에 수소기류를 사용하여 원료유를 고온 고압하에서 분해하여 나프타나 중간유분을 제조하는 수소화분해(catalytic hydrocracking) 는 분해와 동시에 탈황, 탈질소, 수소화도 행할 수 있으므로 매우 유용한 공법이나 건설비와 운전비가 높은 단점이 있다.크래킹과 리포밍의 주목적은 가솔린의 증산 또는 고옥탄가 가솔린의 제조이었으나, 최근 석유화학공업의 발달로 원료인 각종 방향족 탄화수소나 불포화탄화수소의 제조에도 이용되고 있다.·※옥탄가옥탄가란 연료가 연소할 때 이상(異常)폭발을 일으키지 않는 정도를 나타내는 수치.휘발유는 비교적 낮은 온도에서 착화가 가능하기 때문에 연소과정에서 혼합기가 일찍 폭발하거나 비정상적인 점화가 일어나는 경우가 있다. 이같은 불완전 연소를 노킹(Knocking) 현상이라고 한다.'녹킹(Knocking)'이란 가솔린과 공기를 실린더내에서 압축시켰을 때 적정 폭발시점에 이르기 전에 어떤 점에서 점화되어 연소가 시작됐을 경우 미연소가스가 자연발화되어 폭발적으로 연소함으로 인하여 발생하는 금속음으로서 에너지 효율을 저해하는 요인이 된다.노킹이 자주 발생하면 피스톤, 실린더, 밸브 등에 무리가 와 출력저하 및 엔진 수명단축의 원인이 된다. 이런 현상을 막아주는 안정성을 안티노크성(Anti-Knock)이라 하고 이를 수치화한 게 옥탄가(Octane Number)다. 옥탄가가 높을수록 고급휘발유인 셈이다.옥탄가는 녹킹이 잘 일어나는 노말헵탄(n-Heptane)을 옥탄가 'O'으로 하고, 녹킹이 잘 일어나지 않는 이소옥탄(iso-Octane)을 옥탄가 '100'으로 임의 선정하여 기준으로 삼았으며, 가솔린의 옥탄가는 기준시료인 노말헵탄/이소옥탄 혼합물중 이소옥탄의 함유퍼센트가 된다.즉, 옥탄가가 ""80""이라는 것은 이소옥탄 80%와 햅탄 20%를 혼합한 연료의 안티노크 강도만큼의 성능이 나온다는 것.※세탄가세탄가는 점화가 잘 되도록 만드는 것이다. 경유는 점화가 잘 되지 않기 때문에 고압력의 압축을 통하여 높은 열을 만들어 폭발하도록 만들었다. 그러나 그것이 용이하지 않다. 현재는 많이 좋아진 상태이지만 말이다. 이러한 경유의 특징 때문에 점화가 잘 되도록 만들 필요가 있었다. 세탄가가 높다는 것은 점화가 잘 되어 폭발이 적정한 때에 된다는 것을 의미한다.디젤은 점화가 잘 안되기 때문에 점화가 잘 되는 물질을 첨가하게 된다. 가솔린 엔진의 옥탄가와는 정반대의 개념이다.세탄가가 높을 수록 착화하기 쉬운 성질을 가지는 것이지요옥탄가와는 전혀 반대가 된다고 보시면 됩니다경유에서 세탄가를 높이는 이유는 경유는 가솔린 보다 착화성이 나쁘고 디젤엔진은 불꽃 점화방식이 아니라 압축착화방식을 사용하기 때문입니다일반적으로 디젤엔진의 착화성을 높이기 위해서는 흡입된 혼합기의 온도를 높이거나 압축압력을 높이거나 연료의 세탄가를 증가시키면 됩니다그러나 압축압력은 이미 엔진이 설계될때부터 어느정도 정해져 있는 것이고 엔진에 결함이 생기거나 고장이 발생한 것이 아니라면 따로 만질 수 있는 것도 아니고 착화하는데 필요한 정도로 셋팅이 되어 있습니다 (일반적으로 디젤엔진이 가솔린엔진보다 압축비가 엄청나게 높습니다)그러나 문제는 연료의 착화성은 기온에 영향을 많이 받게 되는데 특히 경유의 경우 저온에서 점성이 높아 착화가 양호하지 않게 됩니다이때문에 가솔린 차량보다 디젤차량이 한겨율에 시동성이 더욱 떨어지는 것이지요이때문에 디젤엔진에는 냉간시에 엔진을 덮히는 히팅플러그나 코일이 사용됩니다디젤엔진 시동을 걸때는 반드시 히팅이 충분히 된후에 시동을 걸어야 하며 시동이 걸린후에도 일정온도에 도달하기까지 히팅코일이나 히팅플러그가 지속적으로 작동합니다이러한 디젤엔진의 여건상 연료의 세탄가를 높이게 되면 연료의 착화성이 좋아지기 때문에 저온시동성이 향상되고 연소효율이 증가하게 되는 것입니다디젤엔진에서 세탄가가 높은 연료를 사용한다고 해서 착화성이 좋아져서 노킹이 발생하지 않을까 걱정할 필요는 없습니다디젤엔진은 불꽃점화방식이 아니기 때문에 기본적으로 항상 노킹이 발생하고 있으며 이것을 디젤노킹이라고 하는데 가솔린 차량에서 노킹은 엔진에 강력한 충격을 주지만디젤엔진은 디젤노킹은 자연스러운 현상입니다여기서 가장 다른점은 가솔린엔진에서의 노킹과 다른점은 디젤노킹은 늦게 발생한다는 점입니다즉 가솔린은 의도하지 않은 점화가 올바른 점화전에 발생하는 것을 말하지만 디젤은 의도하지 않은 점화가 정상적인 점화시기 이후에 발생하기 때문에 충격이 적은 것입니다이때문에 디젤엔진의 노킹은 가솔린엔진의 노킹과 달리 엔진에 손상을 입히지는 않습니다다만 디젤엔진의 이러한 특성때문에 디젤엔진은 특유의 디젤노킹음을 항상 내게 되고 이때문에 소음과 진동이 크게 되는 것이죠

공학/기술| 2012.05.10| 2페이지| 1,000원| 조회(439)

석유, 크래킹, cracking, 옥탄, 세탄, 크래킹 리포밍 옥탄 세탄가, 크래킹..

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줄톰슨효과

줄톰슨효과압축한 기체를 단열된 좁은 구멍으로 분출시키면 온도가 변하는 현상이다. 분자간 상호작용에 의해 온도가 변하는 것으로, 공기를 액화시킬 때나 냉매의 냉각에 응용되는 현상이다.J.P.줄과 W.톰슨(W.켈빈)이 1854년 실험을 통하여 발견한 것이다. 압축한 기체를 단열된 좁은 통로를 통해서 빠져나가게 하면 빠져나가기 전후의 기체의 엔탈피는 같게 된다.이 과정에서 온도변화는 생기지 않지만, 실제 기체의 경우는 분자간 상호작용이 있기 때문에 온도변화가 생긴다. 이 현상을 줄-톰슨효과라고 한다. 이때 기체의 온도가 높을 때와 낮을 때의 압력변화에 따른 온도변화의 방향이 달라진다. 일반적으로 상온에서 수소는 온도가 올라가지만 다른 기체는 냉각된다. 그 정도는 분출 전후의 압력차를 1기압으로 했을 때, 산소는 약 0.32℃ 공기는 0.26℃인데, 압력차이에 비례하여 그 정도가 커진다. 이들 기체를 강하게 압축하여 분출시키면 온도가 극적으로 내려가서 액화할 수 있다. 액체공기는 이 원리를 기초로 하여 대략 150기압으로 압축한 공기를 반복하여 가는 구멍으로부터 분출시켜 만든다. 온도의 증가·감소는 일반적으로 그 기체의 온도에 따라 결정되며, 어느 온도 이하에서는 냉각되고, 그 이상에서는 올라간다. 이 경계에 있는 점을 역점온도(逆點溫度)라 한다. 예를 들면 수소도 －80℃ 이하의 온도에서는 분출에 의하여 냉각된다. 이 효과는 헬륨 등 기체 냉각이나 액화, 에어컨이나 냉장고 등 냉매의 냉각에 널리 사용되고 있다. 최근에는 소형 줄-톰슨 냉각장치들이 개발되어 고압 실린더의 기체를 직접 사용하고, 유리판에 구멍을 내거나 가는 관을 통해 공기 중으로 기체(주로 질소)를 배출시키는 방법으로 80K 정도의 저온을 쉽게 얻고 있다.혼합냉매 사용 J-T 극저온 냉동기줄-톰슨 효과는 실제 기체가 capillary tube, orifice 등과 같은 단열된 좁은 통로를 통과하면서 감압되어 발생하는 현상이다.(그림 1.) 이 때, 팽창 전의 압력이 높을수록 온도가 낮을수록, 팽창 후의 온도는 낮아진다.줄-톰슨 효과를 이용한 냉동기의 구성은 그림 2와 같다 줄-톰슨 냉동기를 설계할 때, 온도를 많이 떨어뜨리기 위해서는 팽창 전의 온도가 충분히 낮아야하고 압력 차가 커야한다. 하지만 유량도 같이 감소하기 때문에 최대의 냉동용량을 얻기 위해서는 열교환기의 성능과 팽창부의 압력강하를 잘 고려해야한다.줄-톰슨 냉동기에 많이 사용되는 질소와 아르곤 가스는 그 액화점 부근에서는 좋은 냉각 성능을 보이지만 그보다 높은 온도 범위에서는 다른 냉매에 비해 냉동 용량이 작다. 한편, 질소와 아르곤 그리고 다른 종류의 냉매를 적절히 혼합한 냉매를 사용하면 넓은 온도 범위에서 큰 냉각 성능을 낼 수 있을 뿐 아니라 특정 온도에서도 단일 냉매를 사용했을 때보다 더 큰 냉동 용량을 가진다. 혼합 냉매의 이런 장점은 공급 압력이 낮아도(ex. 20 bar)으로도 고압(ex. 100 bar)을 사용하는 단일 냉매-냉동기와 비슷한 냉각 성능을 가질 수 있다는 것을 뜻한다.

공학/기술| 2012.05.10| 1페이지| 1,000원| 조회(3,521)

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