[화공단위조작실험 A+] 이중관 열교환

목차

1. Title
2. Date
3. Apparatus & Reagents
4. Results
5. Discussion
6. Reference

본문내용

1. Title
이중관 열교환

2. Date
2023.10.11 (수)

<중략>

5. Discussion
- 실험 원리에 대한 정리
이번 실험은 열교환의 개념을 이해하고 이중관 열교환기의 총괄 열전달계수를 구함으로써 열교환기의 설계 개념을 이해하는 것을 목적으로 진행되었다.

1) 열교환기 내 에너지 수지 (Energy Balance)
Figure 3의 2중관 열교환기에서 고온의 유체는 내관을 통해 흐르고, 저온의 유체는 외관 속을 흐를 때 고온 유체에서 저온 유체로 열량의 전달이 일어난다. 이 때 각 유체의 비열이 일정하고 정상상태일 경우 고온 유체가 시간당 방출한 열량 -q_h가 저온 유체가 얻은 시간당 열량 q_c와 같다는 에너지 수지식이 성립된다.

2) 총괄 열전달계수 (overall heat transfer coeff.)
열전달 계산은 가열 표면적을 기준으로 하고, 단위면적 당 열전달 속도를 heat flux라 한다. 많은 열전달 장치에서 전달표면은 pipe 또는 tube로 만들어진다. 따라서 heat flux는 관의 내부 면적 또는 외부 면적을 기준으로 하게 된다. 선정하는 것은 임의로 할지라도, 선정한 표면을 명백히 밝혀야 하는데, heat flux의 수치적 크기가 양쪽 표면에서 서로 동일하지 않기 때문이다. 직렬 고체층을 통과하는 heat flux는 구동력, 즉 총괄 온도차 ∆T에 비례한다. 열교환기에서 구동력은 T_h-T_c라 할 수 있으며, T_h-T_c항이 ∆T이다. ∆T의 경우 관의 길이에 따라 크게 변하며, heat flux가 ∆T에 비례하기 때문에 heat flux 역시 관 길이에 따라 변하게 된다. 따라서 미분식을 사용할 필요가 있으며, 이 미분식은 ∆T하에서 미분면적 dA에서 미분 열흐름 dq가 일어남을 표시하게 된다.

참고자료

· 워렌 리 맥 카베 외 2, McCabe의 단위조작(7판), 한국맥그로힐, p.273-288 (2017)
· www.wikipedia.org, Logarithmic mean temperature difference
· www.wikipedia.org, Fouling
· 채희만, "탄산칼슘 농도에 따른 판형 및 이중관 열교환기용 세정장치에 관한 실험적 연구.", 국내석사학위논문 호서대학교, (2015), p.10-14
· www.wikipedia.org, Heat transfer coefficient