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[기계실험] 강제 대류 실험 장치

강제 대류 실험 장치1. 실험 목적관내부로의 열전달로 인한 공기의 동점성계수, 열전도계수, 레이놀즈 상수, 프란틀 상수 및 Nu 측정 및 국부 열전달계수 측정2. 살험 방법a. 압축기의 호스를 기기에 연결한다.b. 압축기에 전원을 연결한다. (압축기가 off 상태일 때)c. 기기에 전원을 연결한다. (기기의 Power Supply Switch를 off 한 상태에서)d. 압축기를 ON 시켜 공기를 압축한다.e. 압축기의 압력이 3㎏/㎠가 되면 압축기의 밸브를 연다.f. 유량, 전압을 실험조건에 맞춘다.g.{t}_1{ } SIM { t}_11{ }까지 온도를 측정한다.h. 유량을 다음 실험 조건치로 맞추고 압력일 기록한다.i. 위와 같은 순서로 4번에 실험값을 기록한다.j. 실험이 다 끝난 다음 기기의 Switch를 off 한다.3. 관련이론ⅰ. 대류(Convection)유체가 고체 위 또는 유로 내부를 흐를 때 유체유동에 의하여 유체와 고체사이의 온도차가 있는 경계층을 통하여 전달되는 열전달 형식.분류 : ▷자연대류-유체유동이 유체내의 온도차에 의해 생기는 밀도차에 의한 부력효과 때 문에 일어나는 현상▷강제대류-펌프나 송풍기에 의하여 유체를 고체 표면위로 강제로 흐르게 할 때처 럼 인위적인 유체유동을 유발시키는 열전달ⅱ. 관과 관안에 흐르고 있는 유체 사이에 열전달 계산식은{ q}_w{ }= { h}_x{ }( { T}_w{ }- { T}_b{ }){ q}_w{ }: 열플럭스 [kcal/ { hm}^2{ }]{ h}_x{ }: 국송려전달계수 [kcal/ { hm}^2{ }℃]{ T}_w{}: 내부별면온도 [℃]{ T}_b{ }: 유체의 체적온도 [℃]관 내부에 흐르는 유체의 온도는 벽면온도에 일치된다.관 중간부의 온도는 관의 반경방향으로 온도가 분배된다.{ T}_b{ }= { INT _s{ } gamma CDOT u CDOT { C}_p{ } CDOT T ds } over { INT _s{ } gamma CDOT u CDOT { C}_p{ }ds }gamma: 비중량 [㎏/㎥]u: 축방향 유체속도 [m/s]{ C}_p{ }: 정압비열 [kcal/㎏℃]s : 단면적 [㎡]윗 식에서 유체의 상태량이 일정하면 윗 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.{ T}_b{ }= { INT _s{ }u CDOT Tds } over { INT _s{ } u CDOT ds }에너지 평형으로부터 우리는{ T}_b{ }가 얼마만큼 유선방향으로 변하는지 결정할 수 있다.{ q}_w{ }=constant위 그림에서 에너지 평형을 고려하면INT _s{ } gamma CDOT u CDOT { C}_p{ }Tds- LEFT [ INT _s{ } gamma CDOT u { C}_p{ }Tds + { PARTIAL } over { PARTIAL x} { T}_b{ } INT _s{ } gamma CDOT u CDOT { C}_p{ } CDOT Tds CDOT dx RIGHT ] + { q}_w{ } CDOT pi CDOT dw CDOT dx=0{ C}_p{ }와gamma가 일정하다는데 대해서{ PARTIAL } over { PARTIAL x} INT gamma CDOT u CDOT Tds= { PARTIAL } over { PARTIAL x } { T}_b{ } INT _s{ } gamma CDOT uds= { { q}_w{ } pi } over { { C}_p{ } }dwINT _s{ } gamma CDOT uds=G'(중량유량)윗 식은{ PARTIAL } over {PARTIAL x } { T}_b{ } = { { q}_w{ } CDOT pi CDOT dw } over { { C}_p{ } CDOT G' }가 된다.이 식에서 우변은 모두 일정하므로{ PARTIAL } over { PARTIAL x } { T}_b{ }는x의 일차함수이다.관내의 열적발달 영역에서 다음식이 유도된다.{ PARTIAL { T}_w{ } } over { PARTIAL x } = { PARTIAL { T}_b{ } } over { PARTIAL x }관에서 외부로 열손실이 없다면 유체로의 열전달은 유체가 열량{ I}^2{ }R과 같다.그러르모 입구온도, 바깥벽면온도, 전기입력을 측정함으로서 열전달계수를 구할 수 있 다.앞 식{ PARTIAL } over {PARTIAL x } { T}_b{ } = { { q}_w{ } CDOT pi CDOT dw } over { { C}_p{ } CDOT G' }을 적분하면{ T}_b(x){ }= { t}_a{ } + { { q}_w{ } CDOT pi CDOT dw } over { { C}_p{ } CDOT G' } CDOT X{ T}_a{ }: 체적온도 [℃]{ t}_a{ }: 공기흐름 출구온도 [℃]{ q}_w{ }: 열플럭스 [kcal/hm℃]dw:관이 안지름 [m]{ C}_p{ }: 유체의 정압비열 [kcal/kg℃]G': 중량유량 [kg/h]X: electric heating Length [m]안쪽벽면온도는 바깥쪽 벽면의 온도에 의해서 계산되어진다.{ T}_w(x){ }= { T}_0(x){ } - { { q}_v{ } } over {2k } CDOT { L}^2{ }{ T}_w{ }: 관내벽온도 [℃]{ T}_0{ }: 관외벽온도 [℃]{ q}_v{ }: 관을 구성하는 재질의 단위 체적당 열플럭스 [kcal/kg℃]k: 관의 열전도율 [kcal/hm℃]L: 관의 두께 [m]{ q}_w{ }= { h}_x{ }( { T}_w{ }- { T}_b{ })이 식에서{ h}_x(i){ } = { { q}_w{ } } over { { h}_x{ }( { T}_w{ }- { T}_b{ }) }[kcal/hm℃]를 구할 수 있다.Nusselt 수를 구하려면{ N u}_0{ } = { { h}_0{ } CDOT dw} over {k }dw: 관의 내부지름 [m]{ h}_0{ }: 열전달 계수 [kcal/h CDOT {m }^2{ } CDOT deg]k:{ T}_w{ }에서의 공기의 열전도율 [kcal/h CDOT m CDOT deg]Re수 계산Dittus-Boelter 식에서{ N u}_d{ }=0.023 CDOT {Re }^n{ } CDOT { Pr}^0.4{ }여기서Re= { dw CDOT u } over { nu }u= { G'/ gamma } over { { pi } over {4 } (dw)^2 }Re= { 4 CDOT G'} over { pi CDOT gamma CDOT nu CDOT dw }Pr= { nu } over { alpha }G': 중량유량 [kg/h]gamma: 유체의 비중량 [kg/m^3]nu:{ T}_b0{ }에서의 관내의 공기의 운동 점성계수 [m^2 /h]alpha: 관에서의{ T}_b0{ }에서의 광기의 온도 확산율 [m^2 /h]dw: 튜브의 내경 [m]※보조식{ q}_w{ }= { q} over {s } = { 0.86 TIMES A TIMES V } over { pi TIMES dw TIMES X }[kcal/hm^2]{ q}_w{ }: 내부벽면에서의 열flux [kcal/hm^2]q: 튜브 x길이를 통과하는 열fluxs : 튜브의 x길이에 대한 내벽면적 [m^2]dw: 튜브의 내경X: 관의 길이 [m]A: AmperV: Volt (1W=0.86 kcal){ q}_v{ }= { q} over {V ' }= { 0.86 CDOT A CDOT V } over { { pi } over {4 } (D omega^2 -d omega^2 ) CDOT X }q: 튜브 x길이를 통과하는 열flux

공학/기술| 2001.12.02| 4페이지| 1,000원| 조회(447)

기계, 기계공학, 공학

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