이중관 열교환기 (Double Pipe Heat Exchanger) 결과레포트

소개글

이중관 열교환기 (Double Pipe Heat Exchanger) 결과레포트입니다.
2중관 열교환기에서 뜨거운 유체는 내관으로, 차가운 유체는 외관으로 흘려 보내 각 유체의 온도변화를 관찰하였습니다. 유체는 물을 사용했습니다.
향류에서 설정온도는 40도와 60도로 설정 하였고, 뜨거운 유체의 유속은 4L/min, 차가운 유체의 유속은 2L/min, 4L/min으로 2번 실험하였습니다. 병류에서도 동일 조건으로 실험을 진행하였습니다.
열교환기에서 개별전열계수와 총괄전열계수를 각각 구하였고, 전열계수가 유속변화에 따라 어떻게 변하는지 관찰하였습니다. 동일 조건에서 향류와 병류의 총괄전열계수를 비교하고 열교환기 효율을 비교하였습니다. 그리고 열교환기의 종류와 특징에 대해 정리하였습니다.

목차

1. 실험 결과
2. 결과값의 고찰

본문내용

실험 결과
(1) 열교환기 데이터
Ds (m) 0.0229 외관 내경
Do (m) 0.0158 내관 외경
Di (m) 0.0133 내관 내경
DL (m) 0.014514 내관대수평균지름
x_w (m) 0.00125 내관 두께
k_m(W/m·℃) 380.76 내관 열전도도(구리)
L (m) 1.4 관의 길이

< 중 략 >

(3) 일정한 조건에서 향류흐름과 병류흐름에서의 총괄전열계수를 비교 설명하여라.

<표 9>을 데이터를 바탕으로 향류와 병류에서 총괄전열계수 비교 그래프를 그리면 다음과 같다.

<그래프 2>, <그래프 3>에서 총괄전열계수는 향류에서와 병류에서 그리 큰 차이를 보이지 않았으며 향류에서 총괄전열계수가 큰 경우와 병류에서 총괄전열계수가 큰 경우 모두 관찰되었다. 실험 전에는 향류에서의 열전달계수가 병류에서의 것보다 클 것을 예상했는데 실제 실험을 한 결과는 예상과 다르게 나왔다. 그 이유는 뜨거운 유체와 차가운 유체의 온도가차 크지 않기 때문에 온도 변화도 조금밖에 변하지 않아 비슷비슷한 결과가 나온 것으로 생각된다. 또 열적으로 완전한 정상상태를 만족시킬 수 없기 때문에 온도변화가 이론값과 다른 것일 수도 있다.

(4) 병류와 향류 흐름에서 열교환기의 효율에 대하여 설명하시오.
<표 2>, <표 4>의 데이터를 바탕으로 열효율을 계산하면 다음과 같다.

<그래프 4>로부터 향류일 때 병류보다 높은 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다. 병류가 향류보다 효율이 떨어지는 이유는 한 유체의 유출온도가 반대쪽에서 들어오는 유체의 온도에 거의 접근될 수 없고 전달될 수 있는 열량도 상대적으로 작기 때문이다. 이러한 특징 때문에 병류흐름은 열교환기에 잘 쓰이지 않지만 입구에서 온도차가 크기 때문에 급격한 냉각이나 가열을 할 경우에 사용한다.

(5) 열교환기에는 어떤 종류가 있고 그 특징은 무엇인지 알아본다.
① 원통 다관형 (Shell&Tube) 열교환기
가장 널리 사용되고 있는 열교환기로 폭넓은 범위의 열전달량을 얻을 수 있으므로 적용범위가 매우 넓고, 신뢰성과 효율이 높다.

참고 자료

화공 현상 실험 준비실, 『화공현상실험』, 단국대학교 공과대학 화학공학과, 1997