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단국대학교 화학공학과 재학중인 학생입니다.
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[반응현상실험] 증류탑(Distillation Tower) 결과레포트/고찰문제 4개 포함

3학년 반응현상실험 결과레포트실험제목: 증류탑이름†3학년 반응현상실험, 화학공학과, **대학교Experiment Title: Distillation TowerNAME†Chemical Reaction Phenomena..

리포트| 2022.11.06| 12페이지| 1,500원| 조회(438)

단국대, 3학년, 증류탑, 화학공학과, 결과레포트, 반응현상실험, 에이쁠레포트, Distillation tower

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[이동현상실험] 이중관 열교환기(Double Pipe Heat Exchanger) 결과레포트/고찰문제 포함

3학년 이동현상실험 결과보고서실험제목: 이중관 열교환기이름†3학년 이동현상실험, 화학공학과, **대학교Experiment Title: Double Pipe Heat ExchangerNAME†Experiment of Transport Phenomena, Department of Chemical Engineering,** University,(Received: )(E-mail: Hyperlink "mailto:abcdefgeidjf@gmail.com" )[INDEX]실험목적 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3실험이론 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3이중관 열교환기이중관 열교환기의 열 수지식장치 내의 각 유체의 온도변화로그평균 온도 차(Logarithmic Mean Temperature Difference, LMTD)열교환기의 효율레이놀즈 수(Reynolds Number, NRe)총괄 전열 계수상당직경(Equivalent Diameter)실험방법 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7실험장치 및 준비물 ------------------------------------------------------------------------------------------- 8실험결과 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 9실험에서 측정된 데이터 및 결과계산을 위해 필요한 데 있다. 이때 고온 유체는 내관으로 흐르고 저온 유체는 외관으로 흐르며 열량은 정상 상태 하에서 관벽을 통해 이동한다. 이런 경우에 아래와 같은 식을 사용할 수 있다.(1)(1-1)이때 식 (1)과 식 (1-1)에서 는 고온유체의 유량, 는 저온유체의 유량을 의미하며, T는 고온유체의 온도, t는 저온유체의 온도, 는 뜨거운 유체의 비열, 는 찬 유체의 비열을 나타낸다.뜨거운 유체의 열손실량과 차가운 유체가 얻은 열량이 같다고 가정하면,(1-2)이 된다. 이때 식 (1-2)에서 의 부호는 양이고, 의 부호는 음인데, 이것은 뜨거운 유체가 열을 잃기 때문이다. 따라서 다음과 같다.(1-3)만일 현열만이 전달되고 일정한 비열이라고 가정한다면, 식 (1-3)을 고려한 열교환기에 대한 총괄 엔탈피 수지는 아래와 같다.(2)이때 식 (2)에서 와 는 각각 뜨거운 유체의 유입, 유출될 시점의 온도이고, 와 는 찬 유체의 유입, 유출되는 시점의 온도를 의미한다.장치 내의 각 유체의 온도변화: 양 유체 사이의 평균 온도차를 이라 하면 흐름의 종류에 따라 다음과 같이 정의된다.Case1) Parallel Flow(3)Case2) Counter Flow(3-1)이때 교환된 열량은 다음과 같다.(4)(4-1)식 (3), (3-1)에서 q는 교환된 열량, A는 전열면적, U는 총괄 전열 계수를 나타낸다. 총괄 전열 계수가 만약 온도차에 따라 선형적으로 변한다고 가정하면 다음과 같이 표현 가능하다.(5)이때 식 (5)에서 U1과 U2는 교환기 양 끝에서의 국부 총괄 계수이고, 과 는 교환기의 해당 끝에서의 온도 접근단을 나타낸다.로그평균 온도차(Logarithmic Mean Temperature Difference, LMTD): 열 교환 과정에서 내부 유체와 외부 유체의 열 전달량을 계산하기 위해서는 온도 차가 필요하지만 열 교환기 내부의 전열면 전체에 걸친 두 유체 간의 온도 차이를 계산하기에는 많은 어려움이 있다. 따라서 산술 평균보다 합리적인 대수 평균치를 이용하여 온도 차이를다.(5) 위 과정을 반복한다. 이때 고온유체와 저온유체의 유량을 늘려가며 실험을 반복한다.-설정 온도가 다르고 유량이 같을 때(1) 기구의 전원을 연결한 후, Heat Exchanger 장치 뒤의 수조에 80~90% 정도의 물을 채운 뒤 가열한다.(2) 실험하려는 온도(SV)까지 온도를 맞추고, 고온유체와 저온유체의 실험 유량을 정한다.(3) 온도(SV)까지 온도가 도달하면 향류 또는 병류의 흐름에 따라 밸브를 원하는 방향에 맞춰 조절한다.(4) 정상상태가 되면 병류·향류일 때에서의 고온유체와 저온유체의 입구 및 출구 온도를 기록한다.(5) 위 과정을 반복한다. 설정온도를 바꾼 상태에서 각각 (1)~(4)의 실험을 반복한다.-설정온도가 같고, 유량이 다른 비율일 때(1) 기구의 전원을 연결한 후, Heat Exchanger 장치 뒤의 수조에 80~90% 정도의 물을 채운 뒤 가열한다.(2) 실험하려는 온도(SV)까지 온도를 맞추고, 고온유체와 저온유체의 실험 유량을 정한다. 이때 고온유체와 저온유체의 유량을 서로 다르게 고정하여 실험을 실행한다.(3) 온도(SV)까지 온도가 도달하면 향류 또는 병류의 흐름에 따라 밸브를 원하는 방향에 맞춰 조절한다.(4) 정상상태가 되면 병류·향류일 때에서의 고온유체와 저온유체의 입구 및 출구 온도를 기록한다.(5) 위 과정을 반복한다. 이때 고온유체의 유량은 고정하고 저온유체의 유량을 늘려가며 실험을 반복한다.실험장치 및 준비물-실험장치: Double Pipe Heat Exchanger-실험준비물: 온도계, 압력계, 밸브, 유량계실험결과실험에서 측정된 데이터 및 결과계산을 위해 필요한 데이터를 작성하고, 아래 그림을 참고하여 T1in, T1out, T2in, T2out을 제시하시오.: 실험을 통해 얻은 데이터와 결과 계산을 위해 필요한 데이터들을 아래의 표로 간략하게 나타내 보았다.Table 1. Numerical for Pipes of Double Tube Heat Exchanger이중관 열교환기의 파이프내관외관면적기타D온도유량온도Th,inTh,outTc,inTc,out460.636.6417.530.4659.551.4617.827.8860.653.617.530.4Table 8. Counter-Current Flow at 40온수의 온도를 40도로 설정했을 때, 향류Hot WaterCold Water유량온도유량온도Th,inTh,outTc,inTc,out440.136417.723.364035.9617.722.9840.236.817.723.5Table 9. Counter-Current Flow at 60온수의 온도를 60도로 설정했을 때, 향류Hot WaterCold Water유량온도유량온도Th,inTh,outTc,inTc,out460.552.5417.830.2660.252.1617.829.286053.217.930.2총괄 전열 계수를 구하기 위해 개별 전열 계수가 필요하고, 이를 위해서는 Re, Pr, Nu와 같은 다양한 무차원수가 필요하다. 또다시 이러한 값들을 구하기 위해서는 비열, 밀도, 점도, 열전도도, 질량 유속 등의 값이 필요하다. 주어진 온도조건에서의 물성치들을 구하였고, 유량과 밀도를 곱하여 질량 유속을 계산하였다. 뜨거운 유체의 온도는 각각 40도와 60도의 초기 설정 값을 사용했다. 찬 유체는 유입, 유출의 평균값을 구하였는데, 각 유량 조건에서의 평균 온도 값이 서로 매우 유사한 값을 가져, 또 다시 이 값들의 평균을 내어 사용하였다. 이러한 과정으로 구한 물성치는 아래의 표들로 나타내었다.Table 10. Material Property병류온수의 온도를 40도로 설정했을 때Hot WaterTCPk4404179.65992.180.0006530.6305850.0661560.0992280.13229Cold Water420.374184.37998.070.0009930.599060.0665460.09981온수의 온도를 60도로 설정했을 때Hot WaterTCPk4604185.13983.160.0004660.6543470.0655460.0983280.13109Cold 주어진 데이터의 Ai, Ao를 사용하였고, q는 qh와 qc의 평균값을 구하여 사용하였다. 다음 문제에서 전열계수들을 구하기 위해 필요한 q와 LMTD의 계산된 값은 아래와 같다. LMTD는 식 (6)을 참고하여 계산하였다.Table 12. Datacaseqhqcq11161.2321837.6251299.42917.34321658.8192129.9741894.396517.45631824.6552297.0312060.84317.73842249.2063589.1592919.182531.37653333.0044173.2323753.11831.79663840.4015383.4694611.93532.12971133.5841559.2001346.39217.53981700.2902171.7431936.01717.64491879.9482422.3292151.13917.873102194.3473449.5422821.94532.450113333.0044757.5074045.25632.622123730.6755133.1004431.88832.472표를 간결하게 작성하기 위해 각각의 데이터를 Case로 지칭하여 구성하였다. Case 1~3은 따뜻한 유체와 찬 유체의 유량이 각각 (4,4), (6,6), (8,6)을 가지는 초기설정 온도가 40도인 병류에 대한 데이터이다. Case 1~3은 같은 순서로 초기설정온도가 60도인 병류에 대한 값을 나열하였고, Case 7~12는 같은 순서로 향류에 대해 계산한 값들이다.열교환기 실험에서 수집된 각각의 case에 대해 개별전열계수와 총괄전열계수를 각각 구하시오.: 병류와 향류에서 각각 위치1, 2의 의미를 아래 그림으로 나타내었다.Fig 1. Parallel-Current Flow Fig 2. Counter-Current Flow위의 그림에서 차가운 유체가 들어가는 부분을 기준으로 위치 1로 지정하였다. 따라서 나란히 흐르는 병류에서는 뜨거운 유체가 들어가는 부분 또한 위치 1이 된다. 반면에, 서로 반대 방향으로 흐르는 향류의 경우 뜨거운것이다.

공학/기술| 2023.02.07| 15페이지| 1,500원| 조회(248)

이동현상실험, 화학공학과, 결과레포트, 이중관열교환기, 에이쁠레포트, HearEx..

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[이동현상실험] 자연대류를 이용해 얼음 녹이기(Melting of Ice by Natural Convection) 결과레포트/고찰문제 포함

3학년 이동현상실험 결과보고서실험제목: 자연대류를 이용해 얼음 녹이기이름†3학년 이동현상실험, 화학공학과, **대학교Experiment Title: Melting of Ice by Natural ConvectionNAME†Experiment of Transport Phenomena, Department of Chemical Engineering,** University,(Received: )(E-mail: Hyperlink "mailto:abcdefgeidjf@gmail.com" )[INDEX]실험목적 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3실험이론 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3열량(Quantity of Heat)Newton’s Equation자연대류(Natural Convection)녹아내린 얼음의 양 측정실험장치 및 준비물 -------------------------------------------------------------------------------------------- 6실험방법 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6실험결과 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6실험결과데이터Grashof, Rayleigh Number에 대해 아는대로 작성하시오.vs 를 도시하고 비교분석 하시오.Buckingham Pi Theorem에 대해 아는 대로 이며 주로 [], []의 단위가 사용된다. 열전달계수는 Geometry, Physical Property, Flow Velocity, Temperature Profile 등에 따라 변한다.자연대류(Natural Convection): 밀도 차이에 의하여 자연적으로 일어나는 대류로, 물질 내에서의 온도 차나 압력 차에 의하여 생긴 부력에 의하여 일어난다. 이로인해 유체의 흐름이 생성되고 에너지의 전달이 일어난다. 자연대류가 관 지름, 비열, 열전도도, 점도, 열팽창계수, 중력 가속도, 온도차 등에 따라 달라진다는 가정에 따라 차원 해석을 하게 되면, 아래와 같은 관계가 성립된다.(3)기체와 액체의 Prandtl Number가 0.6보다 크고 의 값이 4보다 클 경우에는 아래와 같은 실험식이 주어진다.(4)위의 식에 Pr, Gr 수의 정의를 대입하여 다시 전개해보면 다음과 같다.(4-1)(4-2)이때 식 (4-2)에서 는 일정하므로 아래처럼 간략하게 표현이 가능해진다.(5)(5-1)한편, 대류에 의한 열손실은 다음과 같이 나타낸다.(6)(6-1)실험 과정에서 공기의 온도가 일정하다고 가정한다면,(7)라 쓸 수 있다. 시간에 따른 열손실은 비정상상태로서 비선형이지만 계산의 편의성을 위해 선형으로 가정고 결과를 얻는다. 식 (6)과 식 (6-1)을 같게 놓고, 식 (7)을 대입하여 전개하면, 아래와 같다(8)위의 식에 식 (5-1)을 대입하여 정리하면 아래와 같다.(9)(9-1)이때 CP가 일정하다고 가정하면, A, K, D, m 또한 일정하므로, 로 놓고 양변을 적분할 수 있다.(10)(10-1)식 (10-1)을 에 대해 정리하면 1차 방정식의 형태로 기술될 수 있다.(11)Where따라서 와 t를 그래프에 도시하면 기울기 a로부터 열전달 계수를 구할 수 있다.녹아내린 얼음의 양 측정: 이 실험에서 얼음이 외부 공기로부터 받은 열량은 녹아내린 얼음의 양으로 치환하여 생각할 수 있다. 그러므로 dq=mCdt로 나타낼 수 있게되며, 이를 시간의 변화에 따라 녹아내린 얼린더, 정사각형, 구 등의 형태로 얼음을 얼리고 이의 무게를 측정한다. 이때 물의 밀도는 0℃에서 0.917g/cc 값을 사용한다.실험장치를 setting한 후 시간간격을 두고 이의 무게변화를 측정한다.실험결과(1) 실험결과데이터: 실험에서 사용된 얼음과 주변환경의 온도에 대한 정보는 다음과 같다.Table 1. The Volume, Mass, and Area of each Shape of Ice구직육면체원기둥Volume[ml]707070Mass[g]61.456867.9Area[cm2]78.54115.5105.23Table 2. Laboratory and Outdoor TemperatureTemperature, T []Laboratory18Outdoor31위와 같은 조건에서 실험을 진행하였을 때의 결과 데이터는 아래와 같다. 이때 측정되어진 무게는 누적된 값임을 주의하여야 한다.Table 3. Data of Experimentat Lab녹은 얼음의 무게Typetime구직육면체원기둥(실내)[min][g][g][g]000032.022.05063.453.871.2955.662.9126.787.466.6158.599.448.2189.4311.2310.32111.112.9612.42412.3914.7114.22713.7616.8816.13015.4418.3418.13316.5719.9619.93617.9721.5621.93919.3223.1623.74220.6924.7825.54521.9826.4427.44823.1628.0229.15124.3629.8130.85425.7631.5432.75726.9932.9634.36028.4234.5336(2) Grashof, Rayleigh Number에 대해 아는대로 작성하시오.-Grashof Number: 그라스호프 수의 물리적 의미는 경계층에서 유체의 열팽창에 의한 부력과 점성력의 비에 의해 만들어지는 무차원 수이다. 열팽창과 중령의 영향으로 야기되는 자연대류의 특성을 나타내는 수로 아래와 같이 정의된다.(16)식 (16)에일리 수의 범위로 결정되는 유동형태에 따라 좌우된다. 일반적으로 n은 층류유동에서는 1/4, 난류유동에서는 1/3이며, 상수 C는 1보다 작다. 또한 레일리 수는 그라스호프 수가 포함되어 있으므로 경계조건의 결정에 이용할 수 있다. 레일리 수가 임계값보디 작으면 열전달의 형태는 주로 전도의 형태가 되고, 반대로 임계값보다 크면 대류의 형태로 전달된다. 특히 대류 발생에 필요한 값을 임계 레일리 수라고 한다.vs 를 도시하고 비교분석 하시오.: 시간에 따른 얼음의 질량 변화에 대해 그래프를 도시하기 위해 녹은 얼음의 무게를 초기 얼음의 무게에서 뺀 값으로 데이터를 재배열 하였다.Table 4. Mass of Ice with Time Change시간[min]질량[g]구직육면체원기둥(실내)061.456867.9359.4365.9567.965864.1366.7956.4562.34651254.6760.5461.31552.8658.5659.71852.0256.7757.62150.3555.0455.52449.0653.2953.72747.6951.1251.83046.0149.6649.83344.8848.04483643.4846.44463942.1344.8444.24240.7643.2242.44539.4741.5640.54838.2939.9838.85137.0938.1937.15435.6936.4635.25734.4635.0433.66033.0333.4731.9위 표의 데이터들을 이용해 x축에 시간, y축에 얼음의 질량으로 설정하여 그래프를 그려보면 다음과 같다.Fig 1. Mass of Ice with Time Change이때 식 (15-1)을 사용하여 기울기를 구하기 위해 질량에 5/12승을 해준 값들은 아래와 같다.Table 5. Transformation of Data시간[min]m5/12구직육면체원기둥(실내)05.56185.80165.798035.48495.72805.798065.42955.66165.755195.36865.59535.6935125.29745.5274래프의 기울기 값과 같다. 따라서 구의 K’’값은 -0.0207, 직육면체는 -0.0246, 원기둥은 -0.0272의 값을 갖는다. 즉, 평균적으로 시간에 따라 의 값이 원기둥, 직육면체, 구의 순서대로 가파르게 감소함을 알 수 있다. 따라서 질량은 반대 순서인 구, 직육면체, 원기둥의 순서대로 빠르게 감소한다.Buckingham Pi Theorem에 대해 아는 대로 작성하시오. 또한 자연대류 현상이 평판에서 로 결정된다고 할 때, respect variables를 로 설정하고, Nu=f(Gr, Pr) 관계를 도출하시오.: Buckingham Pi Theorem은 복잡한 함수에 대해 각 변수의 차원을 분석하여 무차원 수를 이용해 적은 개수의 변수를 가지는 간단한 함수로 만들어주는 정리를 말한다. 즉, n개의 물리량을 포함하고, m개의 기본량을 갖는 물리적 문제에 있어서 이들 n개의 물리량은 n~m개의 독립 무차원수로 대치할 수 있으며 이들로 기술할 수 있다. 무차원 수 파이를 만드는 방법의 과정은 다음과 같다.물리량 A 중에서 서로 다른 차원을 갖는 m개의 물리량을 선택하여 반복변수로 사용한다. 일반적으로 3개의 물리량을 선택한다. 제 1물리량은 기하학적 상사를 고려하여 길이나 직경, 제 2물리량은 운동학적 상사를 고려하여 속도나 가속도, 제 3물리량은 역학적 상사를 고려하여 밀도나 비중량을 선택한다.반복변수와 나머지 물리량 중 1개를 결합하여 하나의 무차원수를 구한다. 따라서 물리량 중 반복변수를 뺀 수만큼의 무차원수가 얻어진다. 즉 (n-m)개이다.버킹엄의 파이정리를 이용한 차원해석의 실시 순서는 아래와 같다.종속변수에 영향을 미치는 주요 독립변수를 선택한다.m개의 다른 차원을 가진 반복변수를 선택한다.m개의 반복변수와 반복변수가 아닌 나머지 독립변수 한 개씩을 이용하여 (n-m)개의 무차원수를 결정한다.앞서 결정한 무차원수를 이용하여 실험계획을 수립하여 무차원 함수 간의 상관관계를 도시한다.이러한 무차원 항을 구하는 이유는 변수의 수가 감소되고, 무차원이own

공학/기술| 2023.02.06| 12페이지| 1,500원| 조회(216)

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[이동현상실험] 자연대류와 강제대류(Natural and Forced Convection) 결과레포트/고찰문제 포함

3학년 이동현상실험 결과보고서실험제목: 자연대류와 강제대류이름†3학년 이동현상실험, 화학공학과, **대학교Experiment Title: Natural and Forced ConvectionNAME†Experiment of Transport Phenomena, Department of Chemical Engineering,** University,(Received: )(E-mail: Hyperlink "mailto:abcdefgeidjf@gmail.com" )[INDEX]실험목적 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3실험이론 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3Newton’s Equation부차원군(Dimensionless Group)열팽창계수(Thermal Expansion Coefficient)자연대류(Natural Convection)강제대류(Forced Convection)경막 전열계수(Film Heat Transfer Coefficient)실험방법 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6실험장치 및 준비물 ------------------------------------------------------------------------------------------- 6실험결과 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7실험결과 데이터동일한 온도 조건에서 자연대류와 강제하여 다시 전개해보면 다음과 같다.(9-1)(9-2)이때 식 (9-2)에서 는 일정하므로 아래처럼 간략하게 표현이 가능해진다.(10)(10-1)한편, 대류에 의한 열손실은 다음과 같이 나타낸다.(11)(11-1)실험 과정에서 공기의 온도가 일정하다고 가정한다면,(12)라 쓸 수 있다. 시간에 따른 열손실은 비정상상태로서 비선형이지만 계산의 편의성을 위해 선형으로 가정하고 결과를 얻는다. 식 (11)과 식 (11-1)을 같게 놓고, 식 (12)를 대입하여 전개하면, 아래와 같다.(13)위의 식에 식 (10-1)을 대입하여 정리하면 아래와 같다.(14)(14-1)이때 CP가 일정하다고 가정하면, A, K, D, m 또한 일정하므로, 로 놓고 양변을 적분할 수 있다.(15)(15-1)식 (15-1)을 에 대해 정리하면 1차 방정식의 형태로 기술될 수 있다.(16)Where따라서 와 t를 그래프에 도시하면 기울기 a로부터 열전달 계수를 구할 수 있다.(5) 강제대류(Forced Convection): 강제대류는 자연대류와 반대로 열에 의한 대류가 아닌 역학적인 힘에 의해 발생한다. 이때 밀도차이에 의한 자연대류는 무시할 수 있을만큼 작으며, 열에 의한 대류가 아니기 때문에 유체의 온도가 주변의 온도와 동일한 상태에서 일어난다. 따라서 유체의 강제적인 유속에 의존하게 되어 열전달 계수 h를 내포하는 무차원 계수 Nusselt Number는 Prandtl Number와 Reynolds Number에 대한 함수로 나타낼 수 있다.실험에서 사용한 온도계를 구로 가정한다면 다음 실험식을 사용할 수 있다.(17)이 실험식이 적용되는 범위는 아래와 같다.식 (17)을 식 (10-1)처럼 온도차와의 관계로 실험을 통해 나타낸다면 식 (16)과 같은 형태로 관계를 얻을 수 있다.(18)(6) 경막 전열계수(Film Heat Transfer Coefficient): 고체와 유체 사이에 온도차가 존재한다면 둘 사이에서 전도 및 대류에 의한 열교환이 일어난다. 이때의 전열속도 q는 전열면8.6019.4610019.8820.1318.7419.3911020.1820.3418.8319.8112019.7720.5518.1419.0413019.2219.8018.1618.5214018.7519.4717.3718.1616019.1819.9417.5418.2118018.8019.6218.5418.79Table 3. Data of the Forced Convection Table 4. Data of the Forced Convection강제대류풍속=2m/sCase1-2Case2-2Case3-2Case4-2시간(s)온도(℃)온도(℃)온도(℃)온도(℃)0909080801079.6779.4869.4269.422071.1770.7961.1060.923062.6762.5753.8554.074054.1753.7046.1545.525045.6745.3141.1841.716037.1736.4833.1232.427028.6728.3423.9624.258020.1719.8916.9516.309021.1520.4118.4618.9910020.6720.1820.5620.0411020.2620.0519.7719.8512020.1419.2419.8419.7513019.1518.6218.8619.2314018.4318.5318.4018.3316018.2018.2918.4318.4418018.2018.0018.9718.77(2) 동일한 온도 조건에서 자연대류와 강제대류에서 계산한 h값을 비교하시오.: 자연대류에서의 h값을 구하기 위해 식 (16)의 개형으로 그래프를 그려보았다. 와 t를 그래프에 도시하면 기울기로부터 열전달 계수를 구할 수 있다. 본 실험에서의 모든 케이스에 대해 계산의 편의성을 위해 Pr>0.6으로 가정하였다. 주어진 데이터를 이용하여 값을 변형하였고, 그에 대한 그래프는 아래와 같다.Table 5. Variation of Temperature Difference and Value in Natural Convection자연대류풍속(0 m/s)Case 1-1Case 2- 온도계의 직경 D는 0.25cm이고, 구로 가정했으므로 A는 가 된다. m은 따로 주어지지 않았지만, CP가 일정할 때 일정한 값이므로 1로 가정하고 계산하였다. 계산 과정과 결과는 다음과 같다.Table 6. Specific Heat at each TemperatureCase1-1, 1-2Case2-1, 2-2Case3-1, 3-2Case4-1, 4-2실내온도(℃)19.0018.5019.2018.80CP(J/kgK)1904.761904.191904.9881904.532Table 7. Film Heat Transfer Coefficient in Natural Convection자연대류 풍속(0m/s)Case1-1Case2-1Case3-1Case4-1a'0.00710.00460.00780.0057a-0.0284-0.0184-0.0312-0.0228CP1904.761904.191904.9881904.532K-2464206.6-1596050.4-2707480.6-1978069.970.8071.0060.5060.50h-31966893-20719353-33769077-24671495강제대류의 경우, 그래프를 그리는 과정까지의 데이터 처리 방법은 자연대류와 같은 방식으로 하였다. 주어진 데이터로 구한 값을 아래의 표로 나타내었고, 이를 이용하여 x축을 시간, y축을 로 하는 그래프를 그려보았다. 시각적 편의를 위해 같은 초기온도를 가지는 케이스로 나누어 도시하였다.Table 8. Variation of Temperature Difference and Value in Forced Convection강제대류풍속(2 m/s)case 1-2case 2-2시간(s)온도 (℃)온도 (℃)온도 (℃)온도 (℃)온도 (℃)온도 (℃)09071.004.26279071.504.26971079.6760.674.105479.4860.984.11052071.1752.173.954570.7952.293.95673062.6743.673.776662.5744.073.78574054.1735.173-2시간(s)온도(℃)온도(℃)온도(℃)온도(℃)온도(℃)온도(℃)09071.004.26279071.504.26971076.6057.604.053477.4458.944.07652070.6451.643.944371.5453.043.97103059.9540.953.712360.9142.413.74734052.9833.983.525753.3634.863.55155045.2026.203.265945.8127.313.30726033.2914.292.659734.0015.502.74077024.765.761.751325.056.551.87908019.490.49(0.7117)20.471.970.68009020.221.220.199520.842.340.851810019.880.88(0.1224)20.131.630.489211020.181.180.166120.341.840.611012019.770.77(0.2560)20.552.050.716413019.220.22(1.5117)19.801.300.264114018.75(0.25)019.470.97(0.0350)16019.180.18(1.7308)19.941.440.367818018.80(0.20)019.621.120.1094Case 3-2Case 4-2시간(s)온도(℃)온도(℃)온도(℃)온도(℃)온도(℃)온도(℃)08060.804.10768061.204.11411067.9048.703.885767.9649.163.89502060.5641.363.722461.1942.393.74703058.4439.243.669658.7639.963.68784049.5230.323.411949.9131.113.43755043.8624.663.205043.9825.183.22626032.7413.542.605732.9514.152.64967023.654.451.492624.525.721.74388019.19(0.01)019.220.42(0.8616)9018.60(0.60)019.460.66(0.4136)10018.74(0.46)019.390.5

공학/기술| 2023.02.06| 21페이지| 2,000원| 조회(226)

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[이동현상실험] 열전도도 측정 장치(Thermal Conductivity Measuring App.) 결과레포트/고찰문제 포함

3학년 이동현상실험 결과보고서실험제목: 열전도도 측정 장치이름†3학년 이동현상실험, 화학공학과, **대학교Experiment Title: Thermal Conductivity Measuring ApparatusNAME†Experiment of Transport Phenomena, Department of Chemical Engineering,** University,(Received: )(E-mail: Hyperlink "mailto:abcdefgeidjf@gmail.com" )[INDEX]1. 실험목적 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32. 실험이론 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3(1) 열전도(Heat Conduction)(2) 열전도도(Thermal Conductivity)(3) 열저항(Thermal Resistance)(4) Fourier’s Law(5) 접촉저항을 고려한 열전도도 계산3. 실험방법 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 64. 실험장치 및 준비물 --------------------------------------------------------------------------------------------- 65. 실험결과 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7(1) 실험결과 데이터(2) 고찰문제1. 실험목적(1) 일반적인 열용량을 가지는 다 원자 기체에 대한 열전도도 값은 낮게 추산된다.(3) 열저항(Thermal Resistance): 열 저항은 물질의 열 전달을 방해하는 성질을 의미한다. 즉, 열저항의 값이 크면 물질 내에서 열의 흐름이 크지 않음을 나타낸다. 열저항에 대한 식은 아래와 같으며 m2·의 단위를 갖는다.(4)식 (4)에서 R은 열저항을 의미하고, A는 면적, B는 두께, k는 열전도도를 나타낸다. 즉, 열저항은 물질의 두께에 비례하고, 열전도도에 반비례하는 값을 갖는다. 열저항은 일반적으로 물체의 경계면 또는 접촉면과 밀접한 관계를 가진다. 접촉면 사이의 빈공간이 적을수록 열저항이 작아져 쉽게 열을 전달할 수 있게 된다. 이러한 특성을 이용한 예로, 반도체 장치에서 온도 상승을 방지하기 위해 부착하는 방열체인 히트 싱크(Heat Sink)가 있다.(4) Fourier’s Law: 고체에서 순수한 열전도가 일어날 때 열흐름의 기본관계는 열 플럭스가 온도구배에 비례하다는 것이다. 이를 Fourier’s Law라 하며 식으로 표현하면 아래와 같다.(5)(6)식 (5)에서 q는 표면에 직각방향으로의 열흐름속도, k는 열전도도를 의미하며, A는 표면적, T는 온도, x는 표면에 직각으로 측정된 거리이다. 이때 조건을 x방향으로 정상상태의 1차원 흐름이라 설정하였다. 즉, 미소시간 dT에서의 열흐름속도는 열의 흐름 방향에 직각으로 측정된 단면적 A와 열 흐름의 방향에서의 온도구배의 곱과 비례한다. 식 (6)을 적분을 거친 형태로 나타내면 다음과 같이 쓸 수 있다.(7)식 (7)을 온도 범위 [T1, T2], 위치 [x1, x2]의 범위에서 적분해보면, 변수 분리가 가능하여 아래와 같이 전개된다.(8)(8-1)식 (8-1)에서 (x2-x1)을 Thickness ‘B’, 온도구배 (T2-T1)을 로 간략하게 나타내면 식 (8-2)와 같은 형태가 된다.(8-2)위의 식을 q에 대해 정리하면 아래의 형태를 가지게 된다.(9)이때 식 (9)에서 R은 를 의미한다. 즉, 열흐름속서(17)으로 정리된다.위 식들은 , , , 에서 활용 가능하다.요약하자면, 식 (17)으로부터 시편의 열전도도를 계산할 수 있다. 이때 는 을 측정하여 측정하여 그래프에 도시하여 얻을 수 있다. 또한 는 아래와 같이 계산하여 구할 수 있다.(18)3. 실험방법1) 기계를 작동시킨 뒤 냉각수를 흘려보낸다.2) 설정 온도를 지정하여 설정을 한다. (낮은 온도부터 실험을 시작)3) 시편에 Thermal grease를 충분히 발라서 기계에 연결시킨다. 이때 시편은 4종류를 사용한다.4) 기계에 연결시키고 고정시켜준 뒤 단열재로 기둥을 감싸준다.5) 약 1분 정도 정상 상태가 되기를 기다렸다가 온도를 측정한다. 이때 온도는 3번 측정하여 평균값을 적용한다.4. 실험 장치 및 준비물-실험 장치: Thermal Conductivity Measuring Apparatus-실험 준비물: Standard Piece, Test Piece, Thermal Grease5. 실험결과(1) 실험결과 데이터열전도도 실험에서 사용한 중앙 구리 시편의 두께는 56mm이고, 시편 A의 두께 Xa는 4mm, 시편 B의 두께 Xb는 2mm, 시편의 지름은 40mm이다. 두께는 각 측정 위치 사이의 두께를 의미하며 mm 단위를 사용한다. 실험 기기는 3개의 구리 잉곳 사이에 2개의 시편을 넣어서 연결하는 형태이며, 이때 시편은 철, 알루미늄, 구리, 황동 중 하나이다. 실험을 진행한 측정 위치에 따른 온도에 대한 데이터를 아래 표로 나타내 보았다. 각 케이스마다 중앙 구리 시편과 맞닿아 있는 시편의 종류를 다르게 하여 진행하였다.Table 1. First Experimental Data Table 2. Second Experimental Data(2) 실험을 진행한 측정 위치에 따른 온도에 대한 그래프를 도시하고 실험에 사용된 4개의 시편에 대한 열전도도를 각각 계산하시오. 이때 열전도도가 무엇을 의미하는지 써라.: 각 실험을 진행한 측정 위치에 따른 온도에 대한 그래프를 꺾은선 그래프 형식으로 일정하므로 전달속도가 일정하다고 가정하는 경우 각 측정위치에서의 q는 일정해야한다. 즉, 이 경우에는 q와 A는 계산과정에서 상수 취급이 가능하다. 식 (19)를 통해 열전도도 k는 -m에 반비례하는 것을 알 수 있다. 앞서 그린 그래프에서 기울기는 음수이므로, 식 (19)에 대입하였을때 부호는 상쇄되고 이를 m’이라 하자. 따라서 k는 m’에 반비례하므로 m’이 작을수록 큰 값의 열전도도를 갖게 된다.중요한 데이터를 구별하여 따로 표로 나타내 보았다. Table 3과 Table 4에서 구한 기울기를 이용하여 k값을 구하였다. 이때 q와 A는 상수라 가정하여 계산에서 생략하였으며, 기울기의 부호를 없애고 역수로 취하여 계산하였다.앞서 이론 부분에서 설명했던 일련의 계산 방식을 사용하여 열전도도를 구해보았다. 은 식 (18), 은 각각 식 (14), (15)를 사용해 구하였다. 이후 값들을 조합하여 식 (17)에 대입하여 Kx를 계산하였다.Table 7. Thermal Conductivity of the First Experimental DataCase1Case2Case3Case422.251.922.3339.*************26.52.163.21.92.261.581.711.641.88[kcal/hr m ]3.41242.272.84[W/m·]3.9794728.0082.649093.31428Table 8. Thermal Conductivity of the Second Experimental DataCase1Case2Case3Case42.512.8972.6833.1274.714.6767.36529.14326.4918.21825.57025.99122.7374426.43832515.540614.591992.021393.39292992.23813872.56649[kcal/hr m ]-2.4585-4.5645-3.1436-3.9592[W/m·]-2.8691-5.32675-3.6686-4.62039열전도도는 물질이 전도에 의해 열을 전달할 수 있는 정도를 나타내는 물리28.0082.649093.314282nd-2.8691-5.32675-3.6686-4.62039Tavg1st7174.569.7568.52nd54.38557.5252.4851.71이론값1st52.6362205.0742380.4404101.66312nd53.0454204.4865382.2338100.5007(4) 금속과 금속 사이의 오염계수는 전도 열전달에 있어서 미치는 영향이 다소 클 수 있는 팩터이다. 오염계수에 대해 아는대로 작성하시오.: 오염 계수(Fouling Factor)란 열 교환기의 열관류율을 산출하는 계수 중의 하나로 열의 전달을 방해하는 정도라는 물리적 의미를 갖는다. 즉, 이 값이 크면 열전달의 효율이 좋지 않고, 작으면 열전달이 잘 된다. 일반적으로 열교환기를 설치하여 사용하는 경우, 시간이 지날수록 관 벽의 표면에 물때나 스케일 등이 부착되면서 열통과를 저해하게 된다. 이 오염 물질들의 두께를 아는 경우 열 저항을 계산할 수 있으나 알기 힘들기 때문에 단순히 열전도도의 역수로 나타내어 사용한다. 그러므로 관의 내부와 외부 양면에 부착물이 형성되는 경우, 침전물의 영향을 고려하여 식을 전개하면 다음과 같다.(21)식 (21)에서 는 각 부착물의 영향을 나타내기 위해 추가된 항이며, 와 는 각각 관 내부와 외부에 부착된 오염물질에 대한 오염계수이다. 따라서 식 (21)로부터 각각 외부와 내부면적을 기준으로 한 총괄 계수에 대한 식은 다음과 같다.(21-1)(21-2)식 (21-1), (21-2)에서 침적물의 실제 두께는 무시되었다. 오염 계수의 수치는 관 벽의 청소 후 다음 청소까지 정상적인 조업이 가능할 오염 계수의 범위에 속하는 것이 이상적이다. 이는 대략 600~11000W/m2·의 값을 가진다. 보통 공업적으로 취급되는 액체의 오염계수는 1700~6000W/m2·의 범위에 해당된다. 일반적으로 오염 계수는 설계상의 안전 인자로 규정되어 값이 고정적으로 사용된다.(5) 효과적인 열전달을 위한 방안에는 어떠한 것들이 있는지 알아본다.: 단열다.

공학/기술| 2022.12.20| 13페이지| 1,500원| 조회(713)

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[이동현상실험] 유체서킷, 유체순환실험 (Fluid Circuit Experiment) 결과레포트/고찰문제 포함

3학년 이동현상실험 결과보고서실험제목: 유체 순환 실험이름†3학년 이동현상실험, 화학공학과, **대학교Experiment Title: Fluid Circuit ExperimentNAME†Experiment of Transport Phenomena, Department of Chemical Engineering,** University,(Received: )(E-mail: Hyperlink "mailto:abcdefgeidjf@gmail.com" )[INDEX]1. 실험목적 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32. 실험이론 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3(1) 연속방정식(Continuity Equation)(2) 베르누이 방정식(Bernoulli Equation)(3) Reynolds Number에 따른 마찰계수(4) 두 손실(Head Loss)(5) 파이프 내부에서의 압력강하(6) Venturi Meter(7) Orifice Meter(8) 직선관에서의 손실(Losses in Straight Pipes)(9) 확대에 의한 손실(Losses in Sudden Expansion)(10) 축소에 의한 손실(Losses in Sudden Contraction)(11) 이음쇠 및 밸브에 의한 손실(Losses in Pipes Fittings)(12) 총괄 손실(Losses in Overall Pipe bend)(13) 실험인자 C의 유도식과 이론값3. 실험방법 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 74. 실험 실험에 사용하기 적합하게 바꾸면 다음과 같은 형태가 된다.(3)이때 식 (2)에서 는 Total Friction Loss, Z는 기준면에 대한 그 점의 높이를 나타낸다. 식 (3)의 형태를 에 대해 정리하면 다음과 같은 형태가 나온다.(3-1)(3) Reynolds Number에 따른 마찰계수: 마찰계수(Friction Factor)는 상대적인 것으로 유체의 특성과 파이프 혹은 덕트의 거칠기에 따라 결정이 된다. 이때 유체의 특성에는 유체의 흐름의 종류가 포함되는데 층류, 전이영역, 난류가 이에 해당한다. 레이놀즈 수를 통해 유체가 어떤 흐름의 형태를 갖는지를 파악한 후 알맞은 식을 이용해여 마찰계수를 구할 수 있다. 레이놀즈 수가 2100보다 작은 층류의 경우에는 아래의 식을 통해 마찰계수를 구할 수 있다.(4)반대로 레이놀즈 수가 4000보다 큰 난류의 경우에는 아래의 식을 사용하면 된다.(5)(4) 두 손실(Head Loss): 두 손실이란 관로 내의 유체가 흐를 때 관로의 형상에 의한 마찰이나 유체의 점성 등에 의하여 에너지가 손실되는데, 그 손실 에너지의 크기를 수주의 높으로 나타낸 것이다. 마찰 손실에 의한 것 외에도 낙하, 유입, 유출, 굴곡, 굴절, 단면 변화, 밸브 등의 장애물과 같은 다양한 원인이 존재한다.(5) 파이프 내부에서의 압력강하: 길이가 L이고, 직경이 D인 파이프에서의 두손실은 아래의 식을 사용하여 구할 수 있다.(6)이때, 식 (6)에서 는 파이프와 지표면 사이의 각을 의미한다.(6-1)식 (6-1)에 임을 대입하여 나타내면 식 (6-2)와 같은 형태가 나오게 된다.(6-2)식 (6-2)에서는 임을 대입하여 나타내었다.(6) Venturi Meter: 벤추리관에서의 두손실을 계산하기 위해서는 아래와 같은 몇가지 가정이 필요하다.-유체는 미소구간 내의 압력변화를 무시할 수 있는 비압축성이다.-축일이 존재하지 않는다.-유량계는 수평 흐름이어야 한다.-정상상태의 흐름이다.-완전 발달 흐름이다.(7)위의 가정들에 의해 식 (7)은 아러 종류의 관과 이음쇠를 지날 때 압력 강하를 측정한다. 압력계를 사용할 때는 내부에 기포가 없도록 Air vent를 사용해서 조절해주어야 하며 유입 지점과 유출 지점을 혼동하여 연결하지 않도록 한다.7) 모든 관과 이음쇠, 유체 실험 장치에 대해 압력강하를 측정하였으면 유출되는 유량을 달리하여 레이놀즈 수를 변경하고 실험방법 2)~4)를 반복한다.[Monometer 조절법]1) 측정하고자 하는 구간과 manometer를 호스를 이용하여 서로 연결한다. 호스를 연결할 때 왼쪽 호스는 manometer의 왼쪽에, 오른쪽 호스는 manometer의 오른쪽에 연결하는 것을 확인한다.2) 측정하고자 하는 구간의 밸브를 열어 호스에 물을 채운다.3) 물이 나오면 manometer의 아래쪽부터 물이 차오르기 시작한다.4) manometer에 물이 끝까지 다 차면 해당 구간의 밸브를 잠근다.5) manometer 아래쪽의 배수 밸브를 열어 양쪽의 물 높이를 같게 한다.6) manometer 위쪽에 있는 열려있는 밸브를 잠근다.7) 측정구간의 밸브를 다시 열면 manometer의 높이차, 즉 압력차가 발생한다. 각 구간별로 압력차를 확인 및 비교한다.[두손실 측정법]1) Bypass valve를 이용하여 유량을 조절하고, 단위시간 당 유량을 측정함으로써 유속을 산출한다.2) 구해진 유속을 이용하여 Reynolds Number를 구한다.3) 유체 속의 공기를 빼기 위해서 Air vent를 열어준다.4) Air vent를 닫고, 장치 옆의 manometer들을 이용해 두손실을 측정할 준비를 한다.5) 직선관에서 직경과 길이에 따른 두손실을 측정한다.6) Elbow와 Tee에서의 두손실을 측정한다.7) Venturi 유량계 양단에 걸리는 두손실을 측정한다.8) Orifice 유량계 양단에 걸리는 두손실을 측정한다.9) 그 외 여러 밸브에서의 두손실을 측정한다.10) 위 과정을 유속을 달리하여 수행한다.4. 실험 장치 및 준비물-실험장치: Losses in Pipe Bend App5279.15280.15density[kg/m3]999.65999.532999.758999.866999.812압력변화[Pa]3442.133685.343999.153987.383511.76u21.80592.15412.69622.41461.8651CO0.61640.71060.85390.76590.6304오리피스 계수 CO의 이론값은 0.61으로 case1, case5가 가장 비슷한 값을 가진다.벤추리 미터의 경우도 마찬가지로, 주어진 두 손실을 이용하여 압력차를 계산하였고, 선형 보간법으로 각 온도에 알맞은 밀도를 산정하였다. 앞의 식 (7-2)를 사용하여 벤투리 계수 CV를 구하였다. 이 과정을 아래의 표에 나타내었다.Table 5. Venturi CoefficientVenturi(Throat 14mm,Inlet 24mm)case1case2case3case4case5Head Loss[cm]28.5030.7132.9035.3629.07Q[ml/s]363.1433.1542.45485.48375T[K]283.15284.15281.15279.15280.15density[kg/m3]999.65999.532999.758999.866999.812압력변화[Pa]2794.93011.6223226.393467.632850.79u22.35872.81353.52153.15372.436CV0.93811.07791.30361.12620.9594벤투리 계수의 이론값은 0.99로, 본 실험을 통해 구한 값 중 case1, case5와 가장 유사하다.(3) Gate, glove, ball valve에서의 두 손실 차이에 대해 논의하시오. (동일한 Reynolds Number에서 비교): Gate, Glove, Ball valve에서의 두 손실은 모두 이음쇠 및 밸브에 의한 손실에 속하기 때문에 식 (12)를 이용하여 값을 비교해 보았다. 유속을 구하기 위해 Outlet diameter=16.5mm임을 이용하여 단면적을 계산하였다. Gate Valve는 Wide open에 대한 마찰손실계수를 5485.48375T[K]283.15284.15281.15279.15280.15density[kg/m3]999.65999.532999.758999.866999.812u1[m/s]1.6983162.0257252.5355472.270721.753976Kf0.750.750.750.750.75hf,f1.0816041.5388362.4108751.9335641.153662Table 10. 90℃ Bend90℃ Bendcase1case2case3case4case5Head Loss[cm]0.000.455.437.763.87Q[ml/s]363.1433.1542.45485.48375T[K]283.15284.15281.15279.15280.15density[kg/m3]999.65999.532999.758999.866999.812u1[m/s]1.6983162.0257252.5355472.270721.753976Kf0.190.190.190.190.19hf,f0.2740060.3898380.6107550.4898360.292261Table 11. TeeTeecase1case2case3case4case5Head Loss[cm]21.1023.0523.7027.6524.78Q[ml/s]363.1433.1542.45485.48375T[K]283.15284.15281.15279.15280.15density[kg/m3]999.65999.532999.758999.866999.812u1[m/s]1.6983162.0257252.5355472.270721.753976Kf04.0.40.40.40.4hf,f0.5768560.8207121.28581.0312340.615286두손실을 구하는 기본식은 손실계수 K와 비례하고, u의 제곱과 비례하다. 따라서 0.75로 가장 큰 손실계수를 가지는 Elbow가 가장 큰 수두차를 가지게 된다.Sudden Contraction에서는 단면적의 비를 이용하여 KC를 구하였고, 이 값을 식 (11)에 대입하여 hf,C를 구할 수 있었다.Table 12. Sudden Con크다.

공학/기술| 2022.12.20| 14페이지| 1,500원| 조회(351)

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