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라디에이터 방열 실험

4.라디에이터 방열 실험Ⅰ. 목표열교환 성능 측정 장치를 이용해 방열기의 열교환 성능을 측정해 보기위해 평형유동 열교환기로 로그평균온도차(LMTD)를 이용해 유용도를 구해본다.Ⅱ. 실험 장치1)장치구성① 방열부- 방열기, Chamber, 열전대(2 EA)② 풍량측정부- 송풍기, Conical Inlet, 마노미터(Manometer)③ 온수공급부- 전열기, 물탱크, 온도저절기, Power Supply- 순환펌프, 밸브, 열전대(2 EA), 로터미터(Rotameter) 수관④ 디스플레이부- 파워램프(Power Lamp), 온도계기판⑤ 프레임부- 받침대Ⅲ. 이론1) 풍량(Q)베르누이 정리에서DELTA p = { gamma V^2} over {2g },V = SQRT { { 2g DELTAp} over {gamma } }Q = A CDOT VQ = 60 CDOT alpha CDOT A SQRT { { 2g DELTA p } over {rho } } (m^3 /min)여기서 , A : 시험 노즐 단면적g : 중력가속도DELTA p: 노즐 양단의 차압alpha: 노즐의 유량계수rho: 공기의 밀도 =1.293 × { 273.16} over {273.19 + T } × { H} over { 760}( T : chamber 내부 공기의 온도, H : 수은기둥의 높이)2) 유량로터미터에 의한 측정3) 방열량 (Q_w)G_w = V_w CDOT rho_w CDOT 10^-3 CDOT 60여기서,V_w = 물유량(l/min)rho_w = 물의 밀도(kg/m^3 )Q_w= G_w CDOT C_w CDOT (t_w1 - t_w2 )여기서,C_w= 물의 비열t_w1= 입구측 물 온도t_w2= 출구측 물 온도4) 수열량 (Q_A)G_a = rho_a CDOT Q여기서rho_a= 공기의 밀도,Q= 풍량 (m^3 / h )Q_a = G_a CDOT C_a CDOT (t_a2 - t_a1 )여기서C_a= 공기의 비열t_a1= 입구측 공기 온도t_a2= 출구측 공기 온도5) 방수 열량비{ 방열53.941.129.633.7651.339.629.133.6949.739.429.833.21248.538.629.732.71547.638.429.832.51846.937.829.432.12146.437.83031.3244637.43031.92745.536.29.531.33045.536.829.431.51) 풍량(Q)베르누이 정리에서DELTA p = { gamma V^2} over {2g },V = SQRT { { 2g DELTAp} over {gamma } }Q = A CDOT VQ = alpha CDOT 60 CDOT A CDOT V여기서 , A : 시험 노즐 단면적g : 중력가속도DELTA p: 노즐 양단의 차압alpha: 노즐의 유량계수rho: 공기의 밀도 =1.293 × { 273.16} over {273.19 + T } × { H} over { 760}( T : chamber 내부 공기의 온도, H : 수은기둥의 높이)실험에서 얻은 값A ={ pi D^2} over { 4}= 0.0314m^2( D = 0.2m^2)DELTA p_a= { gamma V^2} over {2g }=rho_wa g h= 999kg/m^3× 9.8m/s^2× 0.023m= 225.2N/m^2V = SQRT { { 2g DELTAp} over {gamma_a } }=SQRT { { 2×9.8 m/s^2 ×225.2 N/m^2} over {1.2 × 10 N/m^3 } }=19.18 m/sQ = alpha CDOT 60 CDOT A CDOT V=0.8 × 60 × 0.0314m^2×19.18 m/s= 28.9m^3 / min2) 유량로터미터에 의한 측정 = LPM= 4.4l/min= 4.4 ×10^-3 m^3 /min3) 방열량 (Q_w)G_w = V_w CDOT rho_w= 4.4 ×10^-3 m^3 /min× 999kg/m^3= 4.4kg/ min여기서,V_w = 물유량( m^3 /min)rho_w = 물의 밀도(kg/m^3 )Q_w = G_w CDOT C_w CDOT (t_mage107.2KJ/ min여기서C_a= 공기의 비열t_a1= 입구측 공기 온도t_a2= 출구측 공기 온도5) 방수 열량비{ 방열량 - 수열량} over {방열량 }× 100 (%)={202.26 - 107.21 } over { 202.26 }× 100(%) = 47 %(위에서 온도차는 평균값을 대입했음)Ⅵ. 고찰이번 실험은 라지에이터 방열 실험으로 라지에이터의 효율을 알아보는 실험이었다. 실험 끝날 무렵 한 60~70 %정도 나올꺼라 했는데 내가 계산을 잘못한 건지 50%정도가 나왔다. 암튼 그전에 실험을 시작하면서 실험 장비를 만든 선배님들에게 감탄하지 않을 수 없었다. 처음 어떠한 장치를 만드는 것이 얼마나 어려운 일인지 잘알고 있다. 그래서 더욱 선배들의 노고에 감사한다. 만족할 만한 정확도를 얻지 못할 지언정 그 노력이 헛되지 않게 후배들이 그걸 가지고 실험을 통해 더욱 많은 공부를 할 수 있는데 대해서 말이다. 이번 실험의 결과에 대해서는 실험장비를 볼 때 측정에 많은 문제가 있었던거 같다. 가장 큰 오차가 일어났다고 생각하는게 공기의Delta p를 측정할 때 물이 높이를 알아야 하는데 시중의 30cm 자를 이용하여서 정확히 측정이 불가능하였다. 또한 공기의 경우 들어가는 온도가 계속적으로 변하여 측정의 어려움뿐 아니라 결과에 영향을 주었을 꺼라 생각한다. 다른 어떤 제어를 이용하여 공기의 온도를 일정하게 해주면 좋겠다는 생각이 든다. 온도를 측정할때도 어느 특정한 부위의 온도를 측정하여 일반화하여 사용하는데 모든 부분에서 온도가 같다고 가정하는데 무리가 따른다고 생각한다. 특히 공기의 출구 온도의 경우 출구가 아주 크기 때문에 더욱더 무리가 생긴다고 생각한다. 또 라지에이터의 관이 아주 가늘고 길어 표면적이 아주 크기 때문에 거기서 오는 마찰 손실도 고려하여야 하지 않을까 생각된다.1. 로그 평균 온도차(LMTD)열교환기에서 총열전달률 Q를 구하기 위해서는 Tm(평균온도)를 알아내어 구하는 것이 용이하다. Q = UmAtTm 여기서 At는 총열 .1. 열교환기는 그 주변과 단열되어 있으며, 고온유체와 저온유체 사이에서만 열교환이 된다.2. 튜브의 축방향 전도는 무시할 수 있다.3. 위치 및 운동에너지의 변화는 무시할 수 있다.4. 유체의 비열은 일정하다.5. 총합 열전달계수는 일정하다.물론, 비열은 온도변화에 따라 변하고, 총합 열전달계수도 유체물성값과 흐름조건의 변화에 따라 변하게 된다. 그러나 많은 응용에 있어 이러한 변화는 중요하지 않으며, 열교환기에 대해{c }_{p,c }, { c}_{p,h }와 U의 평균값들이 사용되는 것이 합리적이다. 위의 그림의 미소 요소 각각에 대해 에너지 평형을 적용하면 다음과 같다.dq=- { m}_{ h} { c}_{p,h }d {T }_{h } == - {C }_{h }d{T}_{h}(1)그리고dq=-{m}_{c}{c}_{p,c}{dT}_{c}==-{C}_{c}{dT}_{c}(2)여기서,{C}_{h}와{C}_{c}는 고온유체와 저온유체의 각각 열용량률(heat capacity rate)을 나타낸다. 이식들을 열교환기를 통해 적분하면q={m}_{h}{c}_{p,h}({T}_{h,i}-{T}_{h,o})(3)그리고q={m}_{h}{c}_{p,c}({T}_{c,o}-{T}_{c,i})(4)의 식으로 주어지는 총합 에너지 평형을 얻을 수 있다.표면적dA를 통한 열전달은 다음과 같이 표시된다.dq=U DELTA TdA(5)여기서,DELTA T={T}_{h}-{T}_{c}는 고온 유체와 저온 유체 사이의 국소 온도차이다.식 5의 적분 형식을 결정하기 위해 먼저 식 (1)과 (2)를 식DELTA T=={T}_{h}-{T}_{c}의 미분형에 대입하면 다음의 식을 얻을 수 있다.d( DELTA T)={dT}_{h}-{dT}_{c}그리고d( DELTA T)=-dq ({1 } over {{C}_{h} }- {1 } over {{C}_{c} })dq에 대해 식 (5)를 대입하고 열교환기 전체에 대해 적분하면 다음과 같이 된다.INT _{ 1}^{2 } { d( DELTA T)} o}_{2} } over {{DELTAT}_{1} } RIGHT )=-UA LEFT ( {{T}_{h,i}-{T}_{h,o} } over {q }+ { {T}_{c,o}-{T}_{c,i}} over {q } RIGHT )= -{UA } over {q }[({T}_{h,i}-{T}_{c,i})-({T}_{h,o}-{T}_{c,o})]그림과 같은 평행류 열교환기에서{DELTAT}_{1}=({T}_{h,i}-{T}_{c,i})이고,{DELTAT}_{2}=({T}_{h,o}-{T}_{c,o})이므로 다음을 얻을 수 있다.q=UA {{DELTAT}_{2}-{DELTAT}_{1} } over {ln({DELTAT}_{2}/{DELTAT}_{1}) }위의 식과 식q=UA{DELTAT}_{m}을 비교함으로써 적절한 평균온도차에 대해 이를 대수평균온도차(log mean temperature difference){DELTAT}_{lm}이라고 결론지을 수 있다. 따라서 다음과 같이 표현할 수 있다.q=UA{DELTAT}_{lm}여기서,{DELTAT}_{lm}는 다음과 같다.{DELTAT}_{lm}= { {DELTAT}_{2}-{DELTAT}_{1}} over {ln({DELTAT}_{2}/{DELTAT}_{2 }) }= { {DELTAT}_{1}-{DELTAT}_{2}} over {ln({DELTAT}_{1}/{DELTAT}_{2}) }2 .유용도(effectiveness)-NTU법을 이용한 열교환기 해석열교환기 해석을 하는데 있어서 단지 입구 온도들만이 주어져 있다면 LMTD법을 사용할 때에 반복 계산을 해야 한다. 이러한 경우에 유용도-NTU법이라 불리는 또 다른 방법을 사용한다.열교환기의 유용도를 정의하기 위해 먼저 열교환기에 대한 최대로 가능한 열전달률 qmax를 결정해야 한다. 원칙적으로 이 열전달률은 무한한 길이의 대향류 열교환기에서 이루어질 수 있다. 이러한 열교환기에서 유체들 중의 한 유체는 최대 가능 온도차 Th,i-Tc,i를 가질 수 있으므로,qmax=Cmin(T이다.

공학/기술| 2002.06.06| 7페이지| 2,500원| 조회(1,164)

열교환기, 라디에이터, 유용도법

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열교환기실험

3. 열 교 환 기 실 험Ⅰ. 실험목적저온과 고온 유체 중 어느 하나가 임의의 원형공간을 지나고, 다른 하나의 유체는 관 내부를 흐르면서 두 유체사이에서 열을 교환하는 것을 이용하여 동심관 열 교환기의 병류형(Counter flow)과 향유형(Paralled flow)을 실험한다.Ⅱ.대수평균온도차 유도과정검사체적에 에너지 보존을 적용시키면, 한 순간에서 검사면을 통해 들어가고 나가는 열에너지와 기계에너지율인_{i n}과_out을 포함한다. 또한 열에너지는 다른 에너지 형태로부터 전환되어 검사체적 내에서 창조될 수 있다. 이 과정을 에너지 발생이라고 하고, 발생률은_g로 표시된다. 검사체적 내에 저장된 에너지의 변화율{dE_st}/dt는_st로 표시된다. 에너지 보존 필요조건의 일반적인 형태는 전달률 기준으로 다음과 같이 나타낼 수 있다._{i n} + _g - _out = dE_st over dt == _st열교환기를 설계하거나 또는 성능을 예측하기 위해서는 총열전달률을 입구 및 출구의 유체온도, 총합 열전달계수, 그리고 열전달을 위한 총표면적의 양과 관련시키는 것이 필수적이다. 이와 같은 관계를 총에너지 평형을 고온유체와 저온유체에 적용시킴으로써 쉽게 얻을 수 있다. 특히,q가 고온유체와 저온유체 사이의 총열전달률이고, 열교환기와 그 주변 사이의 열전달을 무시할 수 있으며, 포텐셜에너지와 운동에너지의 변화들도 무시할 수 있다면, 위의 에너지 평형식은 다음과 같이 된다.q= _h{(i_h,i - i_h,o )}그리고q= _c{(i_c,o - i_c,i )}여기서,i는 엔탈피이다. 하첨자들h와c는 고온유체와 저온유체를 뜻하며,i와o는 유체입구와 유체출구 조건들을 나타낸다.만약 유체가 상변화를 일으키지 않고 비열들이 일정하다고 가정한다면, 이 식은 다음과 같이 된다.q= _h c_p,h{(T_h,i - T_h,o )}그리고q= _h c_p,c {(T_c,o - T_c,i )}위 식에 제시된 온도들은 지정된 위치에서의 평균유체온도들이다.열교환기에서 온도차DELTA 지만x가 증가함에 따라 급격히 감소하여 점근적으로 0에 접근한다. 이와같은 열교환기에서 저온유체의 출구온도는 결코 고온유체의 출구온도를 넘지 못한다.DELTA T_m은 고온유체와 저온유체의 미소요소들에 대해 에너지 평형을 적용하여 결정할 수 있다. 미소요소 각각에 대해 에너지 평형을 적용하면 다음과 같다.dq=- _h c_p,h ~~ dT_h ==-C_h dT_h그리고dq = - _c c_p,c ~~ dT_c == - C_c dT_c여기서,C_h와C_c는 고온유체와 저온유체의 각각 열용량률을 나타낸다.d(DELTAT) = dT_h - dT_c그리고d(DELTAT) = - dq( 1overC_h + 1over C_c )dq에 대해 열교환기 전체에 대해 적분하면 다음과 같이 된다.INT _{ 1}^{ 2} d(DELTAT) over DELTAT = - U ( 1 over C_h + 1 over C_c ) INT _{ 1}^{2 } dA또는ln( DELTAT_2 over DELTAT_1 ) = -UA( 1 over C_h + 1 over C_c )C_h와C_c에 대해 각각 대입하면 다음과 같이 된다.ln( DELTAT_2 over DELTAT_1 ) = -UA ( {T_h,i- T_h,o} over q + {T_c,o - T_c,i } over q )#= - UA over q [(T_h,i - T_c,i )-(T_h,o - T_c,o )]열교환기에서DELTAT_1 = (T_h,i - T_c,i )이고DELTAT_2 = (T_h,o - T_c,o )이므로 다음을 얻을 수 있다.q = UA {DELTAT_2 - DELTAT_1 } over {ln(DELTAT_2 / DELTAT_1 )}적절한 평균온도차에 대해 이를 대수평균온도차DELTAT_lm이라고 결론지을 수 있다. 따라서 다음과 같이 표현할 수 있다.q = UA DELTA T_lm여기서,DELTAT_lm은 다음과 같다.DELTAT_lm = {DELTAT_2 - DELTAT_1 } over {ln (DELTAT_2 1 )} = {DELTAT_1 - DELTAT_2} over {ln (DELTAT_1 /DELTAT_2 )}Ⅲ. 실험 데이터DATA 1계측/번호온 수공 기공기층 온도 구배유량온 도오리피스차압온도온도 구배동관 외벽 온도입구출구차압출구입구측정거리입구 측부터의 온도입구 측부터의 온도WT1T2ΔPTa1Ta2Xt1t2t3t4tw1tw2tw3tw4l/h℃℃mAq℃℃mm℃℃℃℃℃℃℃℃병행류1807369.30.59930.119.*************7369.30.59930.119.51025262729대향류18063.958.20.59929.620.*************63.958.20.59929.620.61024252728DATA 2.계산/번호전열량 및 대수 평균온도차의 계산온 수공 기대수 평균 온도차동관전열계수대표온도비열전열량대표온도비열전열량TCpQWtCpQWΔt1Δt2ΔtmU℃kj/kg℃w℃kj/kg℃w℃℃℃kj/m2h℃병행류71.54.19773.6071.51.006155.2653.539.245.98191.27대항류61.054.191191.7661.051.006133.2934.337.735.97376.67데이터 값 및 결과값은 전부 cal이 아니고 J 로 변환하여 풀었습니다.(1cal=4.18605j)오리피스 차압의 값을 구해보면, 대기압에서 수은주는 73cm 올라간다. 수은의 비중량은 13.6이고 따라서 대기압에서 물기둥은 13.6×0.73m=9.92m 올라간다. 대기압(1기압)일 때 101.34kpa라 하면 실험시 물기둥 높이는 (210-138)sin45°=50.91mm 따라서 차압은 50.91/(9.92×1000) ×101.34kpa = 0.520kpa= 520pa가 된다.- 온수 병행류일 때 -비열은 50℃일 때 4.18KJ/kg℃, 75℃일 때 4.19KJ/kg℃ 따라서 대표온도 71.5℃일 때 비열은 4.19KJ/kg℃로 잡았다. 굳이 kcal/kg℃로 나타내고자 하면 (4.19KJ/kg℃)/(4.2kJ/kcal)=0.998kcal/kg℃하지만 kcal은 사험책표의 단위로 적지는 않았다.밀도를 찾아보면50℃일 때 988kg/m375℃일 때 975kg/m3따라서 71.5℃일 때 밀도는 약 975kg/m3 이 나온다. 하지만 수식을 주어진게 밀도를 998kg/m3로 정했다.질량유량m sup .= 180L/h ×1/1000 m3 ×998kg/m3=179.64kg/hQ(w) = 179.64kg/3600sec ×4.19×1000 j/kg℃×(73-69.3)℃=773.60j/sec = 773.60w대향류일때도 위의 병행류와 같은 풀이 과정을 했기에 생략한다.-공기 병행류일 때 -m'= alpha epsilon A SQRT { { 2gP} over { gamma } }식을 이용하여m sup .를 구해보고자 한다.먼저 면적 A = πd sup 2 over 4=0.028 sup 2 over 4π=0.6157×10 sup -3m sup 2비중량 r = 9.8m/sec sup2×1.20kg/m3 = 11.76 N/m3질량유량은0.69×1×0.6157×10 sup -3m sup 2root {{ 2×9.8 m / sec sup 2 ×520N/m sup 2 }over 11.76N/m sup 3}= 0.01250m sup 3 /sec따라서 밀도를 곱해주면 0.01250m sup 3 /sec×1.165kg/m sup 3=0.01456 kg/sec전열량은Q = 0.01456kg/sec ×1.006kj/kg℃×(30.1-19.5)℃= 0.15526kj/sec = 155.26wq=UA△tm위의 물이 잃은 열량은 공기가 얻은 열량과 같아야 한다. 하지만 실험값에서 보면 알수 있듯이 물이 잃은 열량과 공기가 얻은 열량은 같지 않음을 알 수 있다.이 둘 중 그래도 오차가 적은 물이 잃은 열량을 기준으로 하여 풀이해 보면 다음과 같다.A =π×0.028m× 1 m = 0.08796m sup 2따라서773.60j/sec = U×0.08796m sup 2×45.98℃U = 191.27j/m sup 2℃sec대향류일때도 병행류와 같은 풀이 방식을 적용하여 구의 전열계수가 더 큰 이유는?열전도는 단면적, 온도차에 비례해 열전달이 이루어 진다. 대충 보면 병행류에서 더 큰 온도차를 이루고 있으므로 다른 조건이 동일하다면 병행류가 더 큰 열전달 계수를 가질 것 같다. 하지만 자세히 실험값을보면 대항류에서는 계속해서 일정한 크기 이상의 온도차가 존재하므로 전구간에 걸쳐 열전달이 잘 이루어지고 있다. 때문에 대향류의 열전달 계수가 병행류의 그것 보다 큰 것이다. 병행류에서는 찬 유체의 마지막 온도가 더운 유체의 출구 온도에 도달할 수 없었다. 하지만 만약 길이만 충분히 길다면 항류의 경우에는 열교환기 전체에 걸쳐 유리한 병행류에 비해 온도구배가 존재하기 때문에 찬 유체의 마지막 온도가 더운 유체의 출구온도를 초과할 수 있다. 이는 동관의 길이에 크게 영향을 받을 것인데, 그러한 동관의 길이를 변화시키고 온도 구배가 역전되는 영역까지 측정해보았다면 더욱 재미있는 실험이 되었을 것이라고 생각합니다.물이 잃은 열량은 공기가 얻은 열량과 같아야 한다. 하지만 실험값에서 보면 알수 있듯이 물이 잃은 열량과 공기가 얻은 열량은 같지 않음을 알 수 있다. 무엇보다 실험실의 측정기계가 정확하지 않았고, 실험실 환경도 내부의 온도가 변하여 항상 같은 값을 구할 수가 없었다. 측정시 장치들에 나타나는 표시값들은 고정되어 있는 값은 아니었다. 즉 정상상태가 아니었기에 수치의 변동이 계속적으로 오르락 내리락 하였던 것이다. 따라서 이러한 데에서 오차의 요인이 생겼을 것이다. 온도 측정할 당시 썸머 커플을 사용하였다. 썸머 커플을 자세히 보면은 금속으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서 측정하고자 하는 온도 부위와 외부를 차단하여 외부의 온도가 내부(측정하고자 하는 온도부위)의 온도에 영향을 끼치지 않아야 한다. 이러한 것도 오차요인에 영향을 끼쳤으리라고 생각된다. 실험이 반복됨에 따라 물속에서도 노폐물들이 쌓였을 것이다. 이러한 것들은 기본적으로 순수한 물의 물성치를 변하게 하기 때문에 측정값에 변동을 주었을 것이다. 이러한 것도 오차의 각된다.

공학/기술| 2002.06.06| 5페이지| 2,500원| 조회(1,073)

유체, 열교환기, 대수평균온도차

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연소실험

1. 실험 목적가스 연료의 예혼합화염 및 확산화염의 물리, 화학적 특성 확인.공연비변화에 따른 예혼합화염의 연소속도 측정.공연비변화에 따른 예혼합 및 확산화염의 화염 안정성 파악.2. 이론적 배경 및 실험 의의1) 예혼합 연소⑴층류 예혼합화염의 구조예혼합화염을 화염의 형태에 의해 분류해 보면 위에서 설명한 것처럼 층류예혼합화염, 난류예혼합화염이 있으며, 이들중 가장 간단한 것은 평면상의 층류예혼합화염이다. 또한이 화염은 연소현상의 기초가 되는 중요한 화염으로 연소특성은 연료와 산화제의 혼합비, 압력, 온도 및 혼합기의 물리적, 화학적 성질에 따라 결정된다.혼합기는 속도U_u로 화염대에 들어가고, 반응 및 팽창한 후 속도U_b로 나온다. 화염대에 있어서 혼합기의 속도U_u는 정상상태에 있어서, 연소에 의한 연료혼합기의 소비속도 즉 화학반응속도와 같게 되며, 이 화학반응속도가 연소속도로 정의된다. 이 화염대는 예열대 및 반응대로 되어있으며, 화염대의 폭으 대기아바에서 일반적인 연소에 있어서 0.1 -1mm정도로 대단히 얇다.미연혼합기의 온도T_u는 예열대에서 반응대로부터 열을 공급받아 온도가 상승한다. 반응대에서는 연소반응에 의해 발열하여 온도가 상승한다. 온도T_i의 변곡점은, 발열속도와 방열속도가 평형을 이루는 점으로 여기서부터 반응대가 시작한다고 정의하는 경우가 많으며, 착화온도로 보는 경우도 있다. 반응대에서 얻은 온도T_b는 열손실을 무시하면 단열화염온도로 된다. 한편, 반응물질은 예열대에서는 주로 분자의 확산에 의해, 반응대에서는 반응과 분자확산에 의해 농도가 저하하고 출구에서는 소멸한다. 이과정에 있어서 연소의 소반응에 따른 중간생성물이 발생하고, 반응대를 나올때에는 최종연소생성물로 된다. 이 중간생성물은 에열대에서도 확산을 하며 중간 생성물의 활성기가 연소 반응을 촉진한다.혼합기중의 가연성기체와 산화제의 농도는 반응대에 도달하기 이전에 반응대에 확산해 감소하기 시작한다. 이농도가 감소하기 시작하는 점은 온도가 상승하기 시작하는 점과 반드시 일치하는 것은 아니고 혼합기의 성질에 의하지만 일반적으로 크게 다르지는 않다. 반응대에 있어 가연성기체와 산화제의 농도는 반응에 의해 감소해 가고, 반응과정에서 중간생성물이 발생한다. 중간생성물은 반응대중에서 농도가 최고로 되며, 일부는 고온 연소가스에 잔류하고 , 하류, 상류에 확산된다. 또한 연소가스 중의 중간생성물은 연소가스온도가 저하함에 따라 감소한다.⑵예혼합화염의 연소속도층류예혼합화염의 반응대에 있어서 일정속도로 화확반응이 일어나고 열, 활성기가 주위에 전달되어 반응이 순차적으로 확장되어 간다. 연소반응은 일반적으로 어느 폭을 가지고 일어나며, 이 화염대가 점화원에서 부터 점점 이동, 전파된다. 이와 같은 화염대의 전파를 연소파, 이 끝면을 화염면이라 하며화염면의 이동속도를 화염속도라 한다. 이것은 연소가스의 팽장에 기인하는 기체 운동을 포함한 속도이다. 이에 대해 연소파의 본질적인 전파속도로서는 화염면에 대해 수직방향에 전파해 갈 때의 미연혼합기에 대한 상대속도를 사용한다. 이것을 연소속도라 한다.2)확산연소촛불, 가스라이터 화염과 같이 연료와 공기가 경계를 형성하여 연료와 산소가 확산, 혼합하면서 유지되어지는 화염을을 확산화염이라 한다. 확산화염에 있어서 반응대는 가연성 기체와 산화재의 경계에 존재하고 반응대를 향해 가연성 기체 및 산화제가 확산해간다. 확산화염은 예혼합화염에 비해 역화, 폭발이 일어나지 않으므로 안전하게 연소시킬수 있다. 그래서 공장, 실용의 대형연소기에서 많이 이용된다. 확산화염의 성질 및 이에 관련된 것을 이해 한다는 것은 연소의 본질을 이해하고, 실용연소기 및 화재시 연소현상을 파악하느데도 매우 중요하다. 기체연료의 확산화염에는 층류확산화염과 난류확산화염으로 구분된다. 기체 연료에 의해 형성되는 확산화염은 자유뷴류 확산화염, 동축류 확산화염, 대향류 확산화염, 대향분류 확산화염, 경계층 확산화염으로 분류할수 있다.⑴확산화염의 구조와 특징층류확산화염에서 화학반응속도는 확산속도에 비해 충분히 빠르기 때문에 가스성 기체와 산화재가 반응하는 속도 즉, 연소율은 확산속도에 의해 결정된다. 따라서 반응대의 두께는 얇고, 실제로는 영으로 보아도 되며 관찰되는 화염은 혼합의 경계면이다. 이와 같은 확산화염의 특징은 ①예혼합화염과 같은 화염전파성이 없다. ②연소과정은 화학반응 속도보다도 화염대에 향해 들어오는 연료와 산소의 확산속도에 의존한다. ③연소 반응과 혼합이 같은 영역에서 일어나는 것을 들수 있다. 확산화염에서 반응생성물 및 중간생성물은 그와 역방향으로 확산한다. 따라서 확산연소에 있어서는 예혼합연소에서와 같은 연소속도의 물리량은 존재하지 않는다. 반응대에 양측에 생기는 확산영역, 연료와 산화제와의 상호확산에 의해 생기는 혼합층은 화염부근의 유동장에 의해 크게 영향을 받는다. 확산영역의 푹은 두꺼운 반면에 반응대는 매우 얇다.3)화염의 안정화일상생활에서 사용하고 있는 가스버너에서 미연혼합기의 속도가 너무 빠르거나 너무 느리면 화염이 꺼지는 것을 경험할 수 있다. 이와 같이 실제 연소기에 화염을 안정하게 유지하면서 정상적으로 연소시키는 것을 화염안정화라 한다.화염을 연소장치 내에 안정하게 유지시키는 것은 장치의 정상적인 운전, 안전 확보, 열에너지 유효 이용면에서 매우 중요한 기술이다.⑴경계속도 구배론버너화염이 안정하기 위해서는 가연성혼합기의 유속과 연소속도가 균형을 이루는 것이 필요하다. 일반적으로 버너화염은 화염의 기부에서 유속과 연소속도가 같고, 그외 부분에서는 유속이 연소속도보다 커 경사화염을 이룬다. 버너화염의 blow-off와 역화현상은 버너림부근에서 국소적인 유속과 국소적인 연소속도의 균형이 끼어지므로서 일어난다.버너림 부근에 있어서 흐름과 화염전파에 미치는 저온벽의 영향을 고려한 모델로부터 예혼합층류화염의 안정성은 화염의 기부에서의 연소속도와 혼합기의 속도구배 관계로 설명할 수 있으며, 또한 화염의 blow-off현상과 역화가 일어나는 조건을 정상적으로 설명할 수 있다.4)공연비의 계산⑴탄화수소 연료의 공연비 계산탄화수소계 연료(C_x H_y)가 공기와 반응하여 완전연소한다고 가정하였을 경우 그 반응식은 다음과 같다.C_x H_y+a(O_2 + 3.76 N_2 )--->xCO_2 + (y/2)H_2 O + 3.76a N_2여기서 a = x + y/4이론공연비(stoichiometric air-fuel ratio)의 계산은 다음과 같다.(A/F)stoic ={ dot m}_air over {dot m }_fuel=4.76a { MW_air} over {MW_fuel }MW_air, MW_fuel는 공기와 연료의 몰 그램수를 나타낸다.⑵ 프로판- 공기의 공연비 계산프로판 (C_3 H_8)의 완전연소 반응식은 다음과 같다.C_3 H_8+ 5(O_2 + 3.76 N_2) ---> Products(A/F)stoic ={ dot m}_air over {dot m }_fuel={ 4.76 ×5 } over {1 } { MW_air (kg/kmol) }over {MW_fuel (kg/kmol) }={ 4.76 ×5 } over {1 } { (m^3 / s ) }over {(m^3 / s )}당량비(Φ)로 나타내면 다음과 같다.Φ={ (F/A)} over {(F/A)_stoic }Φ< 1.0 : lean mixΦ= 1.0 : stoic mixΦ> 1.0 : rich mix당량비는 또한 과잉공기율(Exess air ratio, λ)과 반비례를 가진다.Φ = 1/λ3. 실험 결과의 정리1)공연비에 따른 화염 속도유량(m^3 /s)1회2회3회평균속도(m/s)AIR FLOWFUEL FLOWxA/Frich(2:19)0.720.720.700.7237718.64.2611.1rich(2:21)0.790.770.810.7941318.64.6612.1stoic(2:24.5)0.80

공학/기술| 2002.06.06| 6페이지| 3,000원| 조회(941)

연소실험, 화염속도, 화염전파속도

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엔진성능실험 평가B괜찮아요

5. 엔진성능시험Ⅰ.시험 목적1) 동력계를 이용한 기초적인 엔진시험 방법을 이해할 수 있다.2) 엔진속도와 스로틀 개도에 따른 축동력 토크 연료소비율울 계측할 수 있다Ⅱ.시험 장치동력계, 엔진, 연료소모량 측정기, 타이머, 온도계, 습도계, 압력계 둥Ⅲ. 시험 이론1) 엔진의 출력 성능 및 연료소비율엔진의 출력성능 및 효율을 구하는 방법이 부하시험(負何試餘)이며 엔진의 시동 방법에 따른 운동조건 하에서 토크, 동력 등의 출력성능 연료소비량이나 효율등의 경제성능을 주로 측정한다. 엔진시험의 가장 기초가 되는 것이 부하시험으로 이것은 시험엔진올 일정한조건하에서 운전하며 각 부하에서의 출력 연료소비율 등을 측정하는 시험으로 모두 정상상태에서 한다.회전수를 변화시켜 시험을 하는 것은 회전수를 변화시켜 그 때의 동력 ·토크·연료소비율을 측정하는 것이며, 토오크 Tq는 교축밸브theta, 부하 토오크 TL(또는 동력계 부하)과 회전속도 n의 함수가 된다.T_q= f(theta, TL, n)그러나 이 3개의 파라미터는 독립해서 변화하는 것이 아니고 2개가 정해지면 나머지 1개는결정된다. 따라서 엔진 토크를 구하기 위한 시험에는 이3개의 파라미터 중 하나를 고정시키고 다른 2개를 서로 변화시켜 전운전(全運轉)영역의 성능을 구할 수 있다.이를테면 교축밸브 개도를 일정하게 해서 부하 토크를 변화시키면 기관의 회전수가 변하며 회전수에 대한 토크 특성을 얻을 수가 있다. 또 회전수를 일정하게 해서 교축밸브 개도와 부하 토크를 여러 가지로 변화시키면서 정속 회전시험이 된다.전부하시험이란 교축밸브 개도theta를 최대로 하는 시험이다. 즉 교축밸브를 전개(全開)로 했을 때 토크와 회전수를 구한다. 부분부하시험에서는 전부하 보다 작은 부하를 걸었을 때의 성능시험인데 여기에는 다음 세가지가 있다.① 토크법부하 토크와 회전속도가 어느 정해진 값이 되도록 교축밸브 개도를 조절하는 시험인데전부하시험에서 각 회전수에 대한 최대 토크를 알고 있으므로 같은 회전수에 대한 토크의 75, 50, 25%(또는 3/4, 2/4, 1/4부하)가 되도록 교축밸브 개도를 조절하여 그때의 연료소비율 등을 측정한다.② 교축밸브 개도 일정법교축밸브 개도theta를 일정하게 해서 행하는 시험인데 전개(全開)를 최대값으로 잡고 전폐(全閔)를 0으로 하여 그 사이를 임의로 나누어 시험한다.③ 흡기압력 일정법교축밸브 전개에서 아이들링(idling)까지의 흡기압력의 변화는 기관의 회진수가 일정하면토크에 비례하므로 적당한 간격으로 부하를 선정하면 토크법에 가까운 성능곡선이 얻어진다. 이 경우에는 교축밸브 개도와 부하를 조절해 가면서 목표의 부압과 회전수가 되도록 시험하면 된다.2) 기계효율제동동력N_b와 도시동력N_i의 비를 기계효율이라 한다 기계효율eta _m은 다음과 같이 정의된다.eta _m = { N_b } over {N_i } = 1- { N_f } over {N_i }기계효율은 기계마찰의 대소에 관계되며 도시동력과 제동동력의 차는 기관의 내부마찰 및보조장치의 구동에 소비되는 부분으로 이것을 마찰동력N_f라 한다.N_f = N_i - N_b기계효율을 구하는 데 있어서 지압선도에 의한 방법, 모터링에 의한 방법, Willian 법, 실화법 등이 있다. 지압선도에 의한 방법으로는 기관의 발화운전에서 지압선도를 채취하여 지압선도로부터 도시동력N_i또는 도시평균유효압력 imep를 구하고, 그때의 동력계로 측정한 제동동력N_b또는 제동평균유효압력 bmep를 구하여 마찰동력N_f또는 마찰평균유효압력 fmep를 다음과 같이 구할 수 있다.fmep = imep -bmep그러므로eta _m은 다음과 같이 구할 수 있다.eta_m = {bmep } over {imep } = 1 - {fmep } over {imep }3) 토크 측정의 원리다음은 전기식 동력계 및 수동력계에 혼히 채택되는 요람(craddle)형식 동력계를 사용하여토크를 측정하는 원리이다. 회전자(rotor)는 마찰이 적은 베어링으로 지지된 고정자(stator)에 전자기, 유체역학 또는 기계적 마찰에 의해 연결된 상태로 균형을 유지하고 있다. 기관의 회전에 의해 발생하여 회전자에 전달된 토크는 고정자가 회전자에 부가하는 토크와 평형을 이루며 고정자가 회전자에 부가하는 토크는 또한 로드셀이 고정자에 가하는 모멘트와 평형을 이룬다.따라서 엔진에 의해 발생된 토크 T는 다음과 같이 구할 수 있다.T(kg·m) = Fb엔진의 동력 N은 토크와 각속도의 곱으로 표현된다.N = 2 pi { n} over {60 }T(n : 크랭크축의 회전속도, rpm)동력의 단위를 PS, 회전속도 n올 rpm, 토크의 단위를 kg·m라 한다면,N(Ps) = { 2pi({n } over {60 })T } over {75 } = { pi n T} over {2250 }4) 연료소비율엔진의 연료소비율은 1마력(또는 1kw), 1시간의 연료소비량을 기준삼아 연료소비율을dotg/Ps CDOT h또는g/kw CDOT h로 나타낸다.연료소비율(g/Ps CDOT h) ={ 초기연료량(g) - 나중연료량(g)} over {엔진동력(Ps) CDOT 소요시간(s)} ×3600(s/h)Ⅳ. 결과 및 분석1)출력 수정기관을 운전시험 할 때 대기의 상태, 즉 기압, 온도, 습도의 차이로, 출력이 크게 영향을 받는다. 따라서 각국에서는 자기 나라에 맞는 표준 대기 상태를 정해 출력의 수정을 제정하고 있다. 우리 나라에서는 다음과 같은 출력 수정식을 사용한다.① 표준 상태 : 표준 대기 온도{ theta }_{0 } = 298K표준 건조 대기 압력{ P}_{0 } = 743mmHg(99kPa)② 출력 수정식{ N}_{0 }=kN{ N}_{0 }: 표준 대기상태에서의 축출력 Ps(kW)N: 측정 축출력 Ps(kW)k: 출력 수정 계수③ 출력 수정 계수스파크 점화 기관(과급 혹은 무과급)k= { ({ { P}_{0 } } over { { P}_{a } }) }^{1.2 } TIMES { ({ theta } over { { theta }_{ 0} } )}^{0.6 }Pa: 건조 대기압력 mmHg(kPa) 대기압(P)에서 수증기분압(Pw)을 감한 값theta: 흡기 온도 Kk의 적용 범위600

공학/기술| 2002.06.06| 5페이지| 2,000원| 조회(1,344)

엔진, 엔진성능, 엔진성능곡선

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동특성실험

1. 실험 목적디지털 신호 처리의 가장 기초가 되는 샘플링과 FFT(Fast Fourier Transform)에 대해서 기초적인 이론을 학습하고 실험을 통해 이해함을 목표로 한다.2 .FFT(Fast Fourier Transform)1)웨이브 파형을 주파수 별로 분리해 주는 방식을 의미한다.FFT는 정확한 파형의 상태를 확인 및 검사할 수 있으며 모든 물체는 각기 다른 주파수를 가지고 있음을 응용해서 어느 일정 강도의 주파수들을 분리시켜서 사이사이의 작은 값들을 무시하고 크기별로 표시하여, 주파수에 따른 크기를 가지고 물체의 특성을 확률적으로 표현하는 것이다.2)단순히 푸리에 변환을 이산화하여 계산을 수행하는 이산 푸리에 변환의 계산에 있어 삼각함수의 주기성을 이용하여 계산속도의 효율을 높이는 알고리즘으로 수치해석의 가장 중요한 알고리즘이다. 이는 임의의 주기함수에 대하여 이를 사인함수의 급수합으로 나타내는 것이다. 실제로 분석의 대상이 되는 진동신호는 대개의 경우 불규칙 신호 내지는 과도적 신호이므로 푸리에 변환을 곧바로 적용할 수가 없다. 그러나 변환의 대상이 되는 시간 영역신호를 적당한 길이로 취하여 이 신호를 완전한 한 주기의 신호로 가정하고 이 샘플화된 시간 영역 신호에 대해서 푸리에 변환을 하는 것은 가능하다.3)고속 푸리에 변환 장치로 변역할 수도 있다. 사운드카드에서 WAV데이타를 분석하여 웨이브 데이터의 파워스펙트럼, 실수부, 허수부 등의 변환된 데이터로 보여주는 기능에 활용한 변환장치 즉 고속퓨리에 변환함수( x(t) )도 주파수 0부터 시작하여 base frequency(f_0 = 1/T)의 정수배에 해당하는 주파수로 이루어진 사인과 코사인 함수의 무한합과 같다는 개념에서부터 출발한 공학 공업용 언어이며 일종의 신경망을 이용한 감성분류 기계건강진단 시스템에 활용하는 이론이다.3. 동특성 실험의 이유동특성 실험이란 어떠한 시스템의 정적인 상태가 아닌 운동 즉 동적인 상태일때의 시스템의 동특성을 나타내는 고유진동수(natural frequency), 감쇠(damping) 그리고 모드형상(mode shapes)을 실험을 통하여 수학적으로 표현하여 시스템의 특성을 분석하고 제어를 하는 것이다.최근의 건축 구조물은 시공 기술의 발달과 건축구조용 재료의 발달로 초고층화 되어가고 있는데, 건물의 고층화에는 철근 콘크리트 구조가 필수이다. 그러나 최근 철근 콘크리트 구조물에 대하여 진동문제가 대두됨에 따라서, 철근 콘크리트 건물의 진동에 대한 영향을 분석하고 이에 따른 실험을 통해 안전성과 사용성을 높이는데 가장 큰 목적이 있다. 대부분 구조물의 진동문제는 진동을 발생시키는 진동원 특성, 지반을 통한 전파 특성 및 건물 기초의 입사 진동 특성, 그리고 건물의 동적 특성에 의하여 결정된다. 이때 발생된 진동과 건축 구조물의 고유 주파수가 일치한다면, 건축 구조물의 파괴가 일어난다. 이러한 일을 방지하기 위하여 동특성 실험을 하게 된다. 동특성 실험에서는 마이크로 미터 수준의 미진동 제어를 위해 구조의 동적 해석 및 설계, 진동유발 유틸리티의 배치, 진동 전달특성 및 방진, 제진 기술과 진동의 정밀한 동적 실험, 측정/분석기술로 집약되는 Total Engineering Technique이 사용된다. 특히 진동에 민감한 반도체 공장, 문화재 건물, 음악당, 정밀 실험실의 구조설계와 입지 조건과 동적 해석기술이 매우 엄밀하게 고려되어져야 하므로 이 실험의 중요성이 부각된다.

공학/기술| 2002.06.06| 2페이지| 2,000원| 조회(628)

동특성, FFT, 고속푸리에변환

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