04 강제 대류 상황의 기체에서의 열전달

소개글

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목차

Ⅰ. 서론
Ⅱ. 이론
Ⅲ. 실험
Ⅳ. 결과 및 고찰
Ⅴ. 결론
Ⅵ. Nonclementures
Ⅶ. References

본문내용

Ⅰ. 서론
유체에서의 열전달은 유체의 이동에 의해 발생하는 대류 열전달이다. 대류에는 두 가지 경우가 있는데, 하나는 유체가 온도차에 의해서 자연적으로 이동하며 발생하는 자연 대류(Natural Convection)이며, 다른 하나는 유체를 송풍기 등의 장치를 이용해서 유체의 흐름을 강제적으로 만들 때 발생하는 강제대류 (Forced Convection) 이다. 가열시키는 관을 따라 공기가 흐르도록 공급하며, 강제 대류 조건에서의 열전달을 일으킬 수 있다. 이 때의 관 벽의 온도와 공기의 Bulk 온도를 이용해 대류 열전달 계수를 구해보았다.

이중관 열교환기 실험에서도 봤듯이, 유체가 난류로 흐르는 상황에서는 열전달에 관한 세 가지 무차원수인 Nu와 Pr, Re 사이에는 Nu가 Re Pr의 지수승에 비례하는 관계식이 존재한다. 실험을 통해 다양한 상황에서의 Nu와 Pr, Re를 구해 이 관계식을 다시 한 번 얻어보았다.

Ⅱ. 이론
관 벽에서 유체로 열이 전달되는 대류 열전달 현상은 대류 열전달 계수와 열전달 면적, 그리고 온도 구배를 이용해서 나타낼 수 있다.

= 열전달 속도 [ J / s ]
= 열전달 면적 [ m2 ]
h = 대류 열전달 계수 [ J / m2 s K ]

열전달 면적을 양 변에 나눠서 열전달 속도 대신 열 Flux, qw로 표현하면 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.

qw =열전달 Flux [ J / m2 s ]

관을 통과하는 유체는 관벽으로부터 열을 점차점차 받기 때문에 관 벽에 가까울수록 온도가 높고, 관 중심으로 갈수록 온도가 낮아진다. 즉, 다음 그림에서 볼 수 있듯 관 안의 유체의 온도가 일정하지 않게 된다.

따라서 열전달 계수를 구하기 위해서는 공기의 평균 온도와 관 벽의 온도의 온도차를 이용해야 한다.

참고 자료

Warren L. McCabe, Julian C. Smith & Peter Harriot, Unit operations of chemical engineering, 5th edition, McGraw Hill,p.45 – 67, p299 – 387
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