(A+만점레포트)[화공생물공학단위조작실험2] 1.이중관열교환기(결과)

소개

화공생물공학실험단위조작실험2 A+ 받은 레포트입니다.
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목차

1. 시약 세부
2. 결과
3. 고찰
4. 참고문헌

본문내용

2. 결과
2.1. 실험 결과
실험 결과는 그림1~4와 같이 얻었다. 이때 그림 4에서 더운 유체의 출구 온도가 29℃까지 떨어져 유지되는 것을 확인하여, 사진 상에 보이는 온도T2는 30℃가 아닌 29℃로 실험 결과를 분석하였다.

2.2. 결과 분석
이중관 열교환기 규격
이중관 열교환기의 재질은 구리이며, 규격은 표 1과 같다. 이때 표면적을 구하는 식은 A=πDL이다.

2.2.2. 온도 측정 결과
온수의 유량은 1GPM으로 고정하고, 냉각수의 유량은 1, 2, 3, 4GPM으로 조절하여 온도를 측정하였으며, 각 조건은 모두 향류이다. 이때 냉각수 밸브를 열어 유량을 조절해준 후30분이 지나 온도가 일정할 때의 입-출구 온도를 취하였다. 측정 결과는 표 2와 같다.

2.2.3. 에너지 수지
일반적으로 열교환기 내에서 축일(shaft-work), 기계적 에너지, 위치 에너지, 운동 에너지 등의 변화는 없다고 가정할 수 있으므로 열교환기를 통과하는 어느 한 흐름에 대하여 식 1과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 적당한 절연을 통해 공기로 전달되는 열을 무시하면, 열교환기를 통과하는 뜨거운 유체와 차가운 유체에 대하여 각각 식 2와 식 3과 같이 나타낼 수 있다.

이때 뜨거운 유체가 열을 잃고, 뜨거운 유체가 잃은 열은 찬 유체가 얻으므로 q_c=-q_h이다. 또한 현열만이 전달되고 일정한 비열이라고 가정하면, 열교환기에 대한 총괄 엔탈피 수지는 다음 식 4와 같이 나타낼 수 있다.

위 내용을 바탕으로 유체의 흐름에 대한 열을 구하기 위하여 각 흐름의 밀도와 비열을 알아야 한다. 더운 유체와 찬 유체의 온도는 각각 입구와 출구 온도의 산술평균 값을 사용했다. Reference 에 따라 구한 유체의 물성은 각각 표 3과 표4와 같다.

다음으로 식 4에 따라 질량 유량, 비열, 입-출구 온도차를 곱하여 유체의 열을 구할 수 있다. 이때 1gal=3.785L이고, 1kcal=4.184J이다.

참고자료

· 동국대학교 교수진, “화공생물공학 단위조작실험2”, 동국대학교, 2025, pp.4-13.
· Warren L.McCabe 외 2인, “단위조작” 7th, 맥그로힐에듀케이션, 2017, pp.273-303.
· J. M. Smith외 2인, “화학공학열역학” 8th, 맥그로힐에듀케이션, 2021, pp.26-27, 181-194.
· Yunus A. Cengel 외 1인, “Heat and Mass Transfer” 5th, 맥그로힐에듀케이션, 2015, pp.672-678.
· Ipseng Iu 외 3인, “Applying the Effectiveness-NTU Method to Elemental Heat Exchanger Models”, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2007, pp.504-506.