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[자연과학] [experiment(실험)보고서] 강제대류에 의한 열전달

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작성일18-08-06 23:53

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x→∞ : hx → h∞에서 hi와 h∞의 관계를 식으로 표현하면

단관내에서 유입되는 유속이 일정하다고 하면

L/D의 값이 50 이상이 되면 hi에 대한 길이의 effect은 사

다. 이렇게 얻어진 유체의 mean or average(평균) 온도와 관 내벽의 온도를 측정(測定) 함으로서 관 내벽의 전열계수를 구할 수 있따 實驗을 통해서 이들을 구하며 유량에 따른, 관 입구로부터의 거리에 따른 전열계수의 변화를 해석할 수 있따
원관벽에 일정한 heat flux를 주면서 관내에 난류상태의 공기를 불어넣어 전열계수를 구하고 Nu와 Re, Pr의 관계를 알아본다. 단, ρ는 밀도이다. , [자연과학] [실험보고서] 강제대류에 의한 열전달기타실험결과 , [자연과학] [실험보고서] 강제대류에 의한 열전달

1. 實驗목적
원관에 일정한 Heat flux를 가하면서 난류를 불어 넣을 경우 일반적으로 강제대류에 의해서 전열이 이루어 진다. 용융금속은 대체로 밀도가 크고, 점성계수가 작으므로 그 흐름은 난류화하기 쉽다.


▶ 實驗식
實驗에 의해서 윗식의 or 을 결정하면
Dittus-Boelter equation
Sieder-Tate equation
]] Dittus-Boelter식을 가열/냉각의 경우에 대해 수정한 것이다. 그리고 Stanton수 St와의 사이에는 St=Nu/σRe라는 관계가 있따 여기서 σ는 Prandtl수, Re는 Reynolds수이다. 이때 유체의 mean or average(평균) 온도인 bulk temperature는 입구의 길이에 대하여 선형적인 값을 갖는 데 그 原因과 theory 적인 식에 대하여는 부록에 자세히 說明(설명) 했다.

2. 實驗theory
2.1 강제대류에 사용되는 무차원 상수
▶ Re
유체의 흐름에서는 점성에 의한 힘이 층류가 되게끔 작용하며, 관성에 의한 힘은 난류를 일으키는 방향으로 작용하고 있따 이 관성력과 점성력의 비를 취한 것이 레이놀즈수(Re)이고, 수식으로 표시한다면 다음과 같이 된다
레이놀즈수는 무단위의 수치가 되므로, 어떠한 계열의 단위로부터 계산할지라도 같은 수치로 된다 수류를 주로 하는 상온액의 흐름 實驗에 의하여 Re 2000 이하인 때 흐름은 층류로 되고, Re 2000 이상인 때 난류화하는 것이 밝혀졌다. 대류 열전달이라든가 고속기류에서 점성이 문제가 되는 경우에 중요한 의미를 갖는다. 고온의 용융 금속에 대한 확인은 없으나, theory 적으로는 용융 금속의 흐름에 있어서도 이 경계치는 같은 수치가 되어야 할 것이다.
Colburn equation
]] Sieder-Tate 식의 양변을 Re, Pr로 나누고 정리(arrangement)한 것이다.

▶ 관의 길이의 effect
관의 입구에서는 관과 유체사이의 온도구배가 크기 때문에 부분전열계수(hi) 를 무시 할 수가 없게 된다 부분전열계수와 발달된 흐름의 전열계수의 관계식을 표현하면 다음과 같다.






실험결과/기타
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[자연과학] [실험보고서] 강제대류에 의한 열전달 - 미리보기를 참고 바랍니다. 유체의 동점성률을 ν(?/ρ), 온도 전도도를 …(투비컨티뉴드 ) α(=k/ρcp)라 하면 Pr=ν/α로 표시한다. 또한 레이놀즈수는 유로를 흐르는 유체의 마찰계수를 결정하는 수치로서 중요시되고 있따
▶ Pr
유체의 점성률을 ?, 정압비열을 cp, 열전도도를 k로 했을 때 σ=??cp/k라는 무차원수. 액체에서 Pr는 온도와 함께 변화하나 기체에서는 거의 일정한 값을 유지한다.
▶ Nu
흐름 속에 침적된 물체의 표면을 통해서 열이 출입하는 비율을 나타내는 무차원 수. 전열층 외측의 유체 온도를 T1, 전열면의 온도를 T2, 표면적 S를 통해서 단위시간에 출입하는 열량을 Q, 유체의 열전도도를 k, 열 전달계수를 h, 흐름을 특징지우는 대표적인 길이(예를 들면 원관을 통하는 흐름에서는 직경, 구를 통과하는 흐름에서는 그 직경)를 L라고 할 때 Nu=Q/[kS(T1-T2)/L]=hL/k에 의해 정이된다 Nusselt수가 크다는 것은 일정한 열량이 유체로 이동될 때 유체 내의 온도구배가 작아도 된다는 것을 나타낸다.

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- 미리보기를 참고 바랍니다.

2.2 강제대류에 의한 난류에서의 전열
▶ 강제대류에 의한 차원해석

위의 식을 세 개의 무차원군으로 표현하면

양변을 Re Pr의 곱으로 나누면
무차원군의 관계는 다음과 같다.

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