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[공학]폴리우레탄 합성 예비보고서

1. 실험제목폴리우레탄 탄성체의 합성2. 실험목적수소이동반응을 이용하여 폴리우레탄 탄성체를 합성하는 실험으로써 전환율-시간의 그래프를 그려봄으로써 시간의 따른 중합도를 알아보는데 목적을 둔다.3. 실험준비diphenylmethane diisocyanate (MDI)polyethyllene glycol Mw 20001,4-butanediolmethyl ethyl ketoneisopropyl alcoholtoluenedibutylamineHCl0.1%-Bromocresol green solution4. 실험순서1) MDI를 정량 측정하여 반응기에 넣는다. (25g)2) 적정온도까지 가열및 교반한다. (80℃, 250rpm)3) PEG를 투입한다. (50g)4) PEG가 모두 투입되면 10분 간격으로 0.5g 정도의 반응물을 꺼낸다5) sampling한 반응물 적정6) 프리폴리머(MDI+PEG) 50g+BD 3g를 평량하여 5분정도 교반7) 유리판에 Polyurethane를 붓고 평평하게 한다8) 100℃오븐에 넣어 건조한다.5. 실험이론정의: 분자량이 극히 큰(보통 1만 이상) 거대한 화합물. (macromolecule)고중합체(高重合體)라고도 하며, 또 이와 같이 분자량이 큰 분자를 고분자라고 한다. 처음에는 유기고분자화합물에 한정되어 있었으나, 최근에는 공유결합성을 지닌 무기고분자화합물까지 넓혀졌다. 단량체(monomer)란 서로 결합하여 고분자를 이루는 작은 분자들을 말한다. 그리고 이들을 서로 결합시키는 반응을 중합(polymerization)이라 한다.세계 최초로 고분자의 개념을 제시한 사람은 스타우딩거이다. 1953년 노벨화학상을 수상하였다. 이 당시 대부분은 고분자가 아닌 colloid(저분자들의 물리적 집합체) 라고 믿고 있었다. 그러면 스타우딩거가 무엇을 통해 증명하게 되었는지 살펴보면서 고분자의 개념을 좀 더 구체적으로 이해하기로 해보겠다.① isoprene dimer에 수소를 첨가하였다. colloid라면 성질이 변해야 했다. 왜냐하면 collDI) 와 methylene diisocyate(MDI) 가 주로 사용된다.◆ polyol정의 : polyethers, glycols, polyesters and castor oil 등을 포함한 많은 hydroxyl radicals 을 가진 alcohol을 일컫는다. 또한 Polyhydric alcohol로 불러지기도 하며 반응제로 쓰인다.우레탄은 1849년 독일의 Wurtz와 Hoffman이 최초로 Isocyanate와 Hydroxyl화합물의 반응을 발표하면서 부터 알려지게 되었습니다. 초기에는 Diisocyanate와 Polyester로 한정되었지만 가공성, 비용, 폼의 물성 등의 문제로 대체가능한 다른 Hydroxyl Polyol 화합물로 눈을 돌리게 되었으며, 1957년에 이르러서는 가격적인 이점뿐만 아니라, 폼의 물성도 향상될 수 있는 아주 다양한 용도의 Polyether Polyol이 생산되었고 그 후 One-shot법의 개발과 실리콘 정포제의 출현으로 우레탄공업은 비약적인 발전을 할 수 있었습니다.◆ 독성에 따른 관리 및 사용법1)Polyol : Polyol은 근본적으로 인체에 거의 해가 없는 화합물이다. 눈에 들어 갔을 경우에는 극히 미미한 자극을 일으키는 경우도 있으나 각막에는 거의 해가 없다. 그러나 안전을 위하여 Polyol을 취급하는 동안은 보안경을 사용하는 것이 바람직하며 작업도중 Polyol이 눈에 들어가면 즉시 맑은 물로 씻어내는 것이 좋다. 씻어낸 후에도 눈에 자극이 있는 경우에는 의사의 지시를 받아야 한다. 피부에 접촉하더라도 침투하지는 않지만 장기간 동안 계속적으로 접촉하거나 Polyol에 젖은 옷을 입고 있으면 미미한 자극을 일으킬 수도 있으므로 피부에 묻었을 경우 즉시 비눗물로 씻어내는 것이 좋다.2)Isocyanate 류 : Isocyanate 류는 인체에 상당한 해가 있는 경우도 있는 것으로 알려져 있으므로 취급에 대하여 공급처나 제조업체에 문의하여 안전취급에 만전을 기할 필요가 있다.Polyurethane의 제조에 사용진 MDI를 아디픽산(Adipic acid), 글리콜(Glycol)과 부탄디올(Butanediol)로 제조된 선형 폴리에스터 폴리올(Polyesterol) 또는 폴리테트라하이드로 푸란(Polytetrahydrofuran)과 반응을 시킨다. TPU의 탄성체적인 물성은 고분자 연쇄부가 반응시에 생기는 상의 분리 현상에 영향을 받습니다. 즉, MDI와 폴리올 그리고 MDI와 Butandiol의 반응 생성물로부터 상분리가 일어납니다. 기본적으로 TPU의 경질상(Hard Phase)의 비율이 TPU의 물리적 성질, 특히 경도에 영향을 미친다.TPU는 아래와 같이 설명되어지는 물성 때문에 여러산업분야에서 다양하게 사용되고 있습니다.특수분야에서 요구되는 물성을 만족키 위해 유리 강화섬유(Glass-fiber-reinforced)를 보강한 제품들이 개발되어 왔으며, 폴리에테르(Polyether)를 이용한 TPU는 0℃ 이하에서도 유연성이 좋고 절단성이 우수하며 내마모성(Wear Resistance) 그리고 내후성이 탁월하기 때문에 전선피복 재료로서 사용되어 전기전선 생산과 전기 산업분야에 널리 이용되고 있다. 위와 같은 여러 가지 장점들 때문에 TPU는 자동차 산업에 관련해 매우 다양하게 고품질의 부품으로서 사용된다. 사용 예로는 에어리얼 마운팅(Aerial Mounting), 스노우 체인(Snow Chain)까지 매우 다양하며 Side Mirror의 Housings, Side Bearings, Bellows 등 여러 가지 부품생산에 이용되고 있다. 또한, 유연성, 내마모성, 그리고 내구성이 필요한 호스 생산에 다년간 사용되어 왔다. TPU는 기계, 장비물로도 다양하게 사용되어 왔으며 그 예로는 다음과 같다. 부싱(Bushing), 쓰레기통 덮개, 전기 드릴 하우스, 밧데리 케이스, 기어휠, 클램프, 방수용 Seals, 원형 또는 V자형의 벨트, 바퀴 등이다. TPU의 다양하고 탁월한 물리적 성질(내마모성, 충격 강도와 경도, 낮은 온도에서의 유연성, 굴곡 강도)은 스포츠와적용할 수 있다. 단계-사슬 중합 분류법은 중합반응의 메카니즘에 근거를 두고 있다.엄밀히 말하면 혼용할 수 없지만 이런 두 종류의 분류법을 혼합하여 다음과 같이 생각하는것이 일반적인 형상이다. 아래 표를 보도록 하자.단계중합(축합중합)연쇄중합(부가중합)● m(mer) +n(mer) = (m+n)mer즉 polymer끼리 및 monomer와의 반응으로중합 진행.● monomer농도 급격한 감소● 중합도는 중합진행과 함께 조금씩 증가● 고중합도polymer - 장시간● 전환율이 아주 낮아도, 반응액 내에는monomer분자는 거의 소멸되고, 대부분oligomer나 고분자가 존재● polymer끼리 반응해서 진행되지 않음.● monomer농도는 시간과 함께 점차 감소.● 고분자량의 중합도는 반응진행과 무관.→시간이 지나면 중합율과 관계 중합도와는 무관.●전환율이 100%에 가까울 때도 반응액내monomer가 여전히 남을 수 있다.◆ 부가중합부가중합에서는 단위체의 단위에서 분자나 원자가 이탈하지 않고 중합체가 생성된다. 따라서, 생성된 고분자중합체의 분자식과 단위체의 분자식과는 거의 일치한다. 1836년 시몬에 의해서 액상(液狀) 스티렌을 방치하면 고체가 되는 현상이 알려졌고, 그 후 H.슈타우딩거는 이런 종류의 반응을 연쇄반응에 의한 중합반응이라고 해석하였다. 이런 종류의 반응은 같은 종류의 분자 상호간의 반응이며, 적당한 조건에서는 상당한 고분자량의 중합체로까지 생장시킬 수도 있다. 또 생장 도중에 정지시켜서 중간 분자량의 중합체를 얻을 수도 있으므로, 각종 고분자 재료의 합성법으로서 널리 이용되고 있다.부가중합은 공업적으로 중요한 것이 많은데, 염화비닐 중합에 의한 폴리염화비닐의 생성, 에틸렌 중합에 의한 폴리에틸렌 생성, 부타디엔과 스티렌의 혼성중합에 의한 스티렌고무의 생성 등은 모두 첨가중합반응이다. 연쇄 중합체가 라디칼인지, 양이온인지, 음이온인지에 따라서 양이온중합 ·라디칼중합 ·음이온중합의 3가지로 나뉜다. 넓게는 개환중합도 부가중합으로 분류한다. 양이온이다.중합반응이 기껏해야 1초 정도, 보통은 훨씬 더 짧은 시간 안에 일어나는 사슬 반응에서 수많은 단량체 분자가 연속적으로 첨가되어 반응 중심이 성장되면서 일어난다. 그 이유는 양이온, 음이온, 라디칼이 반응성이 좋기 때문이며, 이로 인해 순간적으로 높은 분자량의 고분자가 생성된다. 하지만 라디칼, 이온의 농도가 워낙작아 전체 반응속도는 빠르지 않다. 즉 이것은 momomer의 전환율이 증가함에 따라 분자량이 크게 변하지 않음을 의미한다.⇒ 이러한 차이로 인해 다음의 그림으로 표현이 가능하다.① 단계중합에서는? conversion(extent of reaction, 전환율) : P = fraction of COOH groups reactedP = 1-〔COOH〕/ 〔COOH〕。 또는 〔COOH〕=〔COOH〕。(1-P)DP =〔COOH〕。/〔COOH〕= 1 / (1-P) (=2n)? Mn = M。/ (1-P) + 18? M。= average molecular weight of structural unit = (A+B) / 2② 연쇄중합에서는초기의 monomer수를〔M〕。, 중합진행 후를〔M〕라 해보고, 전환율이 0.9라고 하자. 즉 polymer 90%로 monomer 10% 라 하면P = (〔M〕。-〔M〕) /〔M〕0.9 = (〔M〕。-0.1〔M〕。) /〔M〕。이 될 것이다.즉 전환율이 100% 에 가까워도 반응액내에 monomer가 남을 수 있으며, 위에 보인 그림을 설명한다.라디칼 중합반응에서 중합도를 구하는 방법은 평균속도론적 사슬길이 방법이 있다. 이는 성장단계속도와 개시단계 속도의 비이다.정류상태 근사식에서 얻은를 넣으면 다음을 얻는다.개시제의 농도가 적을수록 중합도는 증가한다. 커플링에 의해 정지되는 경우에 평균중합도는 다음과 같다.◆ 수소이동반응의 예(상온 부근에서 중합한 보통의 vinyl중합)(-130℃에서 중합한 polymer : 수소중합)① Cation 중합촉매에 의한 수소이동중합② Anion 중합촉매에 의한 수소이동중합③ 그 외의 수소중합)

공학/기술| 2006.09.29| 16페이지| 1,000원| 조회(1,166)

폴리우레탄, PU, 고분자 개념

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[화학공학]기액평형 평가A+최고예요

1. 실험제목기액평형2. 실험목적평형 증류에 대한 기초 지식과 장치의 조작방법을 이해하고, 실습을 통하여 이론과 실제를 비교한다.3. 실험기구 및 장치각종초자 (플라스크, 비이커, 피벳, 분액깔대기...)실험장치 (응축기, 증기관, 환류기, 냉각수조, 전자저울)4. 실험순서1) 비중병을 깨끗이 세척하고 건조한 후 무게를 잰다.2) Methanol (임의의 wt%)을 700ml 정도로 BOILER에 넣는다.3) 표준 (Methanol 0, 20, 40, 60, 80, 100 wt%을 비중병에 넣고 질량을 측정한다.4) 비중병의 무게에 따른 Methanol의 조성을 기록한다.5) 표준 곡선을 찾는다.6) Boiler안의 용액의 조성을 구한다.7) 80oC에서 84oC까지 기액평형 데이터를 얻기 위해 80oC까지 올리면서 혼합용액(liquid)과 응축액(vaper)의 질량을 비중병을 이용해 측정한다.8) 표준 곡선을 이용하여 wt% 조성을 구한다.9) Mol wt%로 구한다. 이것을 책에 있는 평형도와 비교한다.5. 실험이론혼합물을 분리하는 조작에서 실용상 매우 중요한 것이 증류 조작이다. 증류주의 제법과 같은 것이 전통적 분리 조작이라고 말할 수 있다. 증류는 혼합액을 가열, 비등시키는 것으로 액중 증발하기 쉬운 성분을 기상에 농축하는 방법이다. 이것을 정량적으로 기술하는 것이 기액평형이다. 일반적인 기액평형 조성과 같이 기액평형 조성이 측정 혹은 점선의 mod. UNIFAC 등과 같은 방법에 의해 예측되었다면, 이 조성 도표를 이용하여 McCabe-Thile법에 의해 빨간 계단과 같이 표시된 이상단수를 갖는 증류탑으로 원하는 순도의 제품을 얻을 수 있다. 이와 같이 증류탑의 설계를 위해서 기액평형 조성의 측정은 필수적이라 할 수 있다.평형의 계의 거시적 성질들이 시간에 따라 변하지 않는 정제된 상태이다. 이것은 변화를 일으킬 수 있는 모든 잠재적 가능성들이 균형을 이루고 있다는 것을 의미한다, 실제 공학에서는 만족할만한 정확한 결과를 얻게 된다면, 평형의 가정이구성하는 분자들은 이후에 같은 상을 차지하는 분자들과 동일한 분자들이 아니다. 계면근처에서 충분히 큰 속도를 지닌 분자들은 표면력을 극복하고 다른상으로 이동한다. 그러나 분자들의 평균 통과량은 양방향 모두 같으며, 상들 간의 실제적인 물질의 이동은 일어나지 않는다.한 물질의 고체, 액체, 기체의 세 가지 상태가 서로 균형을 이루고 있는 상태를 상평형이라고 한다. 물질의 상태는 온도와 압력에 따라 변하는데, 이들 사이의 관계를 나타낸 그림을 상평형 그림 (Phase diagram)이라고 한다.일반적으로 순물질에서는 2개의 상태를 결정함으로써 생기는 모든 평형상태를 나타낼 수 있는데, 보통 상태량으로서는 압력과 온도가 사용된다. (PV = nRT)물의 상평형 그림은 가장 간단한 상평형그림이다.① 곡선 TB : 액체인 물과 고체인 얼음이 평형이 이루는 조건을 나타내는 융해 곡선② 곡선 AT : 고체인 얼음과 기체인 수증기가 평형을 이루는 조건을 나타내는 승화곡선③ 곡선 TC : 액체인 물과 기체인 수증기가 평형을 이루는 조건을 나타내는 증발곡선④ 곡선 AT, TC : 온도에 따른 물의 증기 증기 압력 변화를 나타내는 증기압곡 곡선⑤ 삼중점 T : 세 가지 곡선이 함께 만나는 점으로 기체, 액체, 고체의 세 가지 상태가 공존한다.물질전달이 일어나는 두 상이 평형상태에 도달하면 물질의 이동은 중지된다. 온도차가 없어지면 열이 이동하지 않는 경우와 같은 것이다. 따라서 분리를 행하려면 평형을 파괴하여야 한다. 평형에 영향을 주는 인자는 온도, 압력 농도 등이며 이들을 변화시켜서 평형을 파괴할 수 있게 된다. 선분의수가 c이고 상의 수가 p인 어떤 계에서, 평형을 변화시킬 수 있는 독립변수, 즉 자유도 φ는 다음과 같이 표시된다.φ=c-p+2이 관계를 상률이라고 한다,2성분계의 종류의 경우, 기상과 액상의 두 상이 존재하므로, φ=2이다. 두 성분이 기상과 액상에 다 같이 포함되므로, 변수는 온도, 압력, 한 성분의 기상과 액상에서의 농도이다. 그러나 압력이 일정하면 단하(최저 공비혼합물)* 정 의일정량의 액체 혼합물을 가열하여 생긴 증기를 냉각기로 보내어 응축시켜 저비점성분이 풍부한 액체를 얻는 방법을 단증류 또는 비분증류라고 하며 회분조작을 하므로 회분단증류라고도 한다. 단증류는 분리도가 나쁘므로 실험실 또는 소규모 공업에 이용된다. 단증류를 하는 동안에 증기의 조성은 계속 변하며 이때의 유출액의 양과 농도의 관계를 Rayleigh가 다음과 같이 구하였다.단증류를 시작한 후의 어떤 순간에 증류기내의 액량을 W[kg-mol], 저비점 성분의 몰분율을 x라 하면 증류기 내에는 Wx의 저비점성분이 있게 된다. 이때 액과 평형상태에 있는 증기 중의 저비점 몰분을 y라고 하자. dW만큼 증류되었다고 하면 유출액 중의 저비점 성분의 양은 y*dW이며 증류기 내에 남은 액량은 (W-dW)[kg-mol]이며, 이것의 몰분율은 (x-dx)가 되므로 증류기내에 남은 저비점 성분의 양은 (W-dW)(x-dx)[kg-mol]이 된다. 따라서 다음의 물질수지가 성립한다.Wx=ydW+(W-dW)(x-dx)여기서 2차 미분항인 dW*dx는 작으므로 무시하고 정리하면최초의 증발기내 액량 W1 으로부터 단증류 후의 증발기내 액량 W2까지 또한 이에 따른 액의 조성변화 x1 으로부터 x2까지 적분하면 다음의 Rayleigh식이 얻어진다.이 식의 우변 항은 x와 y사이의 관계를 나타내는 평형도표로부터 도식적분으로 구한다, 그러나 용액이 Raoult의 법칙에 적용되는 이상용액과 근사하다면 다음식이 얻어지며 이 식을 사용하여 해석적으로 구할 수 있다.한편 증류기내의 액이 W1 으로부터 W2까지 증류될 때 유출된 양을 D라고 하고 유출액의 평균조성을 xDav라고 하면 물질수지에 의해지금를 유출률이라고 하면이며 이것은 다음과 같이 된다.이 식은 증가하는 유출량에 대한 순간의 유출액 조성을 나타낸다.* 원 리계 내에서 일반적 단은 n번째 단으로 표시하는데 이는 액체상(L)이 들어가는 입구로부터 n번째 있는 단이란 뜻이다. n단의 바로 앞단은 n-1단이며, 바로 다음1yn+1VnynLnxnLn-1xn-1plate nLb=LNxb=xNVa=V1ya=y1다음과 같이 쓸 수 있다.(1)식 (1)은 총 물질수지식이다. A성분의 유입량과 유출량에 대해서 다른 수지식을 만들 수 있다. 어느 흐름에서이 성분의 몰수는 유량에다 그 흐름 속에 있는 A의 몰분율을 곱하면 되므로, A성분의 유입량은 Laxa + Vn+1yn+1 mol/h이고, 유출량은 Lnxn + Vaya mol/h이며, 다음식이 성립한다.(2)2성분계에서 다단식 반응기 속에 있는 두 상의 조성은 x를횡축으로, y를 종축으로 하는 x-y선도로 나타낼 수 있다.식 (2)에서 알 수 있는 바와 같이 탑 내의 중간 부분에서의 물질수지는 n단을 나가는 L상의 농도 xn과 그 단으로 들어가는 V상의 농도 yn+1과의 관계인데, 식 (2)를 보다 명확한관계식으로 표시하면 다음과 같이 된다.(3)식 (3)은 탑에 대한 조작선(operating line) 식이며, 조작선은 모든 단들에 대한 xn과 yn+1점들을 표시하여 이 점들을 지나는 선이다. Ln과 Vn+1이 탑전체를 통해서 일정하다면, 이 식은 기울기가 L/V이고 절편이 ya-(L/V)xa인 직선의 식이며, 이러한 경우에 조작선은 양끝의 조성 (xa, ya) 및 (xb, yb)를 연결하는 직선으로 그릴 수도 있다.평형선(Equilibrium line)에 대한 조작선의 상대적 위치는 물질전달 방향과 분리에 필요한 단의 수를 결정하게 되며, 평형 데이터는 실험이나 열역학적 계산, 또는 발표된 자료들로부터 구할 수 있다. 평형선은 평형값 xe와 ye를 도시한 것인데, 증류탑내의 정류에서는 아래 그림 에서 보는 바와 같이 조작선이 평형선 아래에 위치한다.(a)(b)xnyeyn+1yn+1x평형선조작선yye평형선조작선yxxn 조작선과 평형선 : (a) 증류의 경우, (b) 기체흡수의 경우이것은 증류가 액상에서 기상으로 물질전달이 이뤄지므로 평형일 때와 비교하여 액상성분의 몰분율이 기상성분의 몰분율보다 크다는 것을 보여준다. 물질전달의 구동력은휘발성 용매에 흡수시키는 경우 두 상이 탑을 통과함에 따라 기체의 총유량은 감소하는 반면, 액체의 총 유량은 증가한다. L과 V는 둘 다 탑 밑부분에서 제일 크고 꼭대기에서 가장 작기 때문에 조작선의 기울기, 즉 L/V의 변화율은 L 또는 V 의 변화 그 자체만큼 크지는 않지만 조작선은 보통 곡선이 된다.이상단 수의 결정에 있어서 전반적인 중요 문제는 실제 증류탑에서 원하는 농도범위, 즉 xa에서 xb 또는 ya에서 yb를 달성하는데 필요한 이상단의 수(Ideal Stage)를 구하는 것이다. 이 수를 알 수 있고, 또한, 단 효율을 안다면 실제단의 수를 계산할 수 있다. 이것이 증류탑을 설계하는 통상적인 방법이다. 각 상에 두 성분만 있을 때 이상단 수를 결정하는 간단한 방법은 조작선을 이용하는 도해적 작도법이다.다음 페이지의 는 증류탑에 대한 조작선(Operating Line)과 평형곡선(Equilibrium Line)이다. 탑의 상부에서는 위로부터 아래로 액체상의 흐름이 있고 탑의 하부에서는 반대로 아래로부터 위로의 기체상의 흐름이 있다. 이 때, (n-1)단으로부터 내려오는 액체상은 (n+1)단으로부터 상승하는 증기와 접촉하여 가열되며 저비점 성분의 일부가 증발하게 된다. 이와 동시에 상승하는 증기상은 액체상과 접촉해서 냉각되며 고비점 성분의 일부는 액화된다. 액체상의 저비점 성분은 a점에서 m점까지 진행하게 되고, 결국 몰분율이 xn-1에서 xn으로 감소하며 증기상의 성분은 n점에서 m점까지 진행하여 몰분율이 yn+1에서 yn으로 증가된다. 이것을 조작선에서 보면 n단에서 액체상의 저비점 성분은 a에서 m으로 이동한 것이고, 증기상의 경우는 n에서 a로 이동했다고 볼 수 있다. 그리고 이러한 두 상간의 작용이 각 정류탑의 조작선 선도단마다 이루어진다고 볼 수 있다. 점 a ,m 및 n으로 이루어진 계단 또는 삼각형은 한개의 이상단을 표시하묘, 이탑에서는 첫 번째 단이다. 두 번째 단은 같은 작도를 반복함으로써 선도상에 도식적으로 구할 수 있다. 즉, 도 있다

공학/기술| 2006.06.18| 9페이지| 1,000원| 조회(1,440)

단증류, 평형, 기액평형, 휘발도, 상평형

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[화학공학]열전도 평가A좋아요

1. 실험 제목열전도도 실험 & 열전달계수 측정 실험2. 실험 목적열의 이동 현상에서 발생하는 전도에 대해 알아보고 열 전도에 대한 Fourier's Law에 대해 알아보도록 한다. 또한 열 전달의 원리를 이해하고, 실험을 통해 고체의 열전도도를 구하여 열전도계수()값을 산출하고 분석한다.3. 실험 이론(1) 열전달 mechanism(전도, 대류, 복사)서로 다른 온도의 두 물질의 열적 접촉이 되면 열은 고온의 물질로부터 저온의 물질로 흐른다. 순흐름은 언제나 온도감소 방향으로 있게 된다. 열이 흐르게 되는 기구는 3가지, 즉 전도, 대류 그리고 복사 등이다.? 전도연속체내에 온도구배가 있게 되면, 열은 그 구성성분의 시각적 이동 없이 흐를 수 있다. 이러한 종류의 열흐름을 전도라 하고, Fourier 법칙에 따르면 Heat Flux는 온도구배에 비례하고 그 구배의 부호는 음수이다. 1차원적 열흐름에 대한 이 법칙은 다음과 같다.q= 표면에 직각방향으로의 열유량A= 표면적T= 온도x= 표면에 직각방향으로의 거리k= 비례상수 즉 열전도도금속 고체 내에서 열전도는 자유전자의 운동에 기인하고, 열전도도와 전기전도도가 거의 일치하게 된다. 불량 전기전도인 고체나 대부분의 액체에 있어서 열전도는 이웃 진동분자들이나 원자들간의 운동량전달에 기인된다. 기체에서 전도는 분자들의 무작위운동에 의해 일어남으로써 열은 고온영역으로부터 저온영역까지 확산된다. 전도의 흔한 예로는 노 벽 또는 열 교환기 금속벽 같은 불투명 고체내 열흐름이다. 금속액체나 기체내 열전도는 유체흐름에 영향을 받고 때로는 전도와 대류과정이 함께 관여되기도 한다.? 대류대류는 노안의 뜨거운 공기가 방안으로 유입되는 것과 같이 또는 뜨거운 표면으로부터 흐르는 유체쪽으로 열전달되는 것과 같이, 유체의 흐름과 연관된 열의 흐름을 말한다. 특히 두 번째 경우 금속벽, 고체입자, 액체표면으로 부터의 열전달이 포함되므로 단위조작에서 아주 중요하다. 대류 Flux 는 냉각에 의한 Newton법칙에서 설명이 되듯이 표면온도나타나고, 이 변형량은 정량적이다. 예로서, 용융석영은 그에 와닿는 모든 복사선을 투과시키며, 마모된 불투명 표면이나 거울은 그에 와닿는 복사선의 대부분을 반사할 것이다. 또 흑색 표면 또는 메트 표면은 그것에 와닿는 대부분의 복사를 흡수하고, 그 흡수 에너지는 정량적으로 열로 변형된다.흑체에 의한 방출에너지는 절대온도의 4승에 비례한다. 즉(2) 정상 & 비정상 상태정상 & 비정상 상태라는 용어는 화학공학에서 많이 사용되는 단어이다. 이 두 단어에 대한 개념은 영어로 보면 쉽게 이해할 수가 있다. 정상상태(steady state)는 안정적인 상태를 말하고 말 그대로 비정상 상태는 불안정한 상태를 말한다.이 개념을 농도에 비유해서 표현을 해보면,로써 표현을 할 수가 있다. 정상상태일 경우에는 이 값이 0이 되고 비정상상태일 경우는 0이 되지 않는다. 시간에 따라서 농도의 변화가 없을 경우에는 정상상태이고, 시간에 따라서 농도의 변화가 있을 경우에 우리는 그것을 비정상상태라고 부른다.(3) 열저항그림(1)에서 보듯이, 직렬층으로 구성된 평면벽을 생각해 보자. 그 층의 두께를 각각그리고 각 층 재질의 평균 열전도도를 각각라고 하자. 또한 예시된 평면에 직각인 복합벽의 면적을 A라고 하고, 또를 각각 층 A, B, C 에서의 온도강하라고 하고, 더 나아가 각 층간에는 열적 접촉이 잘 되어 있어 각 층 사이의 계면에서는 온도강하가 없다고 가정한다. 그 다음를 전체를 통한 전체 온도강하라고 하면 다음과 같이 된다.그림(1)그 다음으로 원하는 것은, 첫째 직렬저항을 통해 열유량을 계산할 방정식을 유도하는 것, 둘째 벽의 총괄 저항에 대한 총괄 온도강하의 비로서 속도를 계산하는 방법이다.따라서 각 층에 대해서 다음과 같이 쓸 수가 있다.위의 값을 각각 더해주면 다음과 같다.++=“정상적 열흐름”에서 첫 저항을 통과하는 모든 열은 둘째 저항을 통과해야 하고, 그리고순서대로 셋째 저항을 통과해야 하므로,는 동일하여 모두 q로 표시할 수가 있다. 이 사실을 이용하여 q/A에 대대한 그 층에서의 온도차 분율은 작게 또는 크게 될 것이다. 즉, 낮은 전도도인 얇은 층은 높은 전도도인 두꺼운 층보다 아주 큰 온도차가 생겨서 더 급격한 온도구배가 유발이 된다.(4) Fourier's Law전도에 의한 열흐름의 기본관계는 열속(heat flux)과 온도구배간의 비례이다. 즉 이를 Fourier's Law라고 한다. x - 방향으로 정상상태 일차원 흐름에 대한 식을 다시 쓰면 다음과 같다.q= 표면에 직각방향으로의 열흐름 속도A= 표면적T= 온도x= 표면에 직각으로 측정된 거리k= 열전도도등방성 물질에서 3방향으로 흐르는 Fourier's Law의 일반표현은 다음과 같다.이 편도함수들은, 온도가 위치 및 시간 모두에 따라 변할 수 있음을 뜻한다. 이들 식을 단일 vector식으로 표시하면,이 식에서 flux vector는 온두구배에 비례하고 반대방향이다. 그래서 등방성물질에서 전도에 의한 열은 온도 감소방향으로 흐른다.(5) 이중관 열 교환기(향류, 병류)? 이중관 열 교환기의 정의표준 금속관과 표준 리턴 밴드(return bend) 및 리턴 헤드(return head)로 구성되었고, 이 밴드와 헤드는 스터핑 박스에 매어져 있다. 한 유체는 내관을 통과하고 제 2의 유체는 외관과 내관 사이의 환형 공간을 통해 흐른다. 열 교환기의 기능은 찬 유체의 온도를 상승시키고, 더운 유체의 온도를 강하시키는 것이다. 전형적인 열 교환기에서는 내관in 의 것이 쓰인다.이와 같은 열 교환기는 수직으로 쌓아올린 배열로 여러 겹으로 구성되기도 한다. 2중관 교환기는 표면적 100~150이하가 요구되는 경우에 쓰이게 된다. 더 큰 용량의 것으로는 수천까지 되는 더 정교한 다관원통형 교한기를 사용하게 된다.이중관 열 교환기(Double-pipe heat exchanger)? 향류(countercurrent) 및 병류(parallel-current) 흐름그림에서 보는 바와 같이, 교환기의 양쪽 끝에서 두 유체가 들어가 그 장치내에서 서로 반대방향으로 통과한다. 이와를 표시한다. 이 때 접근단은이다.그림 (a) 와 (b)에서 관찰되는 바와 같이, 병류는 단일 통과 교환기에서는 사용되지 않는다. 왜냐하면 이 방법으로는 한 유체의 유출온도가 반대쪽에서 들어오는 유체의 온도에 거의 접근될 수 없고, 전달될 수 있는 열량도 비향류 흐름에 비하여 적기 때문이다. 다중통과 교환기내의 병류에 대해서는 기계적인 이유 때문에 몇 개 정도의 통과까지만 사용된다. 그래서 그 용량과 얻을 수 있는 approach 는 영향을 받게 된다. 화학반응기에서 더 이상 반응진행을 억제하기 위하여 뜨거운 유체를 급냉시키는 경우처럼, 갑자기 어느 유체의 온도변화를 주어야 할 경우 병류를 사용하게 된다.어떤 열 교환기에서는 한 유체가 관 다발에 직각으로 흐른다. 이것을 교차흐름이라고 한다. 자동차 방열기나 가정용 냉동기 내 응축기등이 교차흐름식 열교환기의 예이다.(6) 뉴턴의 냉각 법칙= 가열 벽면의 온도( K )= 냉각재의 평균 온도 ( K )열은 두 표면의 온도차에 의해서 냉각이 되는데 이 때 냉각재의 상태에 비례하여 그 냉각 속도가 결정된다. 이 냉각속도는 열전달 계수에 비례한다.이것이 바로 뉴턴의 냉각법칙이다. h는 열전달계수라고 하며, 유체의 속도, 매질에 따라 결정이 되는 함수이다. 이 값에 대해서 일반적으로 구하는 식은 존재하지 않는다. 따라서 실험적인 경험식으로부터 값을 구해야만 한다.h의 대략적인 값은 다음과 같이 나타낼 수가 있다.공기(자연 대류일 경우) : 10 정도강제 대류(Forced Convection)일 경우 : 100 정도물(자연 대류일 경우) : 100강제 대류일 경우 : 500~3000물 비등 열전달일 경우 : 5000 이상값은 항상 평균값임에 유의해야 한다. 일반적으로 유입과 유출 조건의 두 온도값의 산술 평균 값을 사용한다.(7) 열전달 계수열전달 계수는 열과 관련된 계산식에서 다양하게 사용이 된다.? 열 교환 장치나선형 코일이나 turbine impeller가 장착 되고 장애판이 달린 원통형 탱크에서 액체를 가열하거나 냉erature difference)가 된다.는 관의 길이에 따라서 상당히 변하게 된다. 그리고 heat flux가에 비례하기 때문에, heat flux 역시 관 길이에 따라서 변하게 된다. 그래서 미분식을 사용할 필요가 있다. 이 미분식은 국부 온도차하에서 미분면적 dA에서 미분 열흐름 dq가 일어남을 표시하게 된다. 그래서 overall heat flux는 dq/dA이고, 국부 온도차와 관계되는 식은 다음과 같다.여기서, U는 dq/dA와사이에 비례인자이고, 이를 local overall heat transfer coefficient라고 한다. 주어진 문제에서 U의 정의를 완결짓기 위해서는, 면적을 규정할 필요가 있다. A를 관 외부 면적으로 택하면, U는 그 면적을 기준한 계수가 되고으로 표기를 한다. 똑같이 관의 내부면적를 택하게 되면, 그 계수는 역시 그 면적을 기준으로 하게 되며로 표기가 된다.와 dq 는 면적을 선정하는 것에 무관하기 때문에 다음과 같이 표시할 수 있다.? 충전층에서의 열전달 계수단순 1차원인 충전간 사례에서 열전달계수는 기체의 반경방향 평균온도를 기초로 한다. 즉,는 관 길이에 따른 어떠한 지점에서 그 관을 통과하는 모든 기체를 혼합함으로써 얻어지는 온도가 된다. 즉,여기서,이며, U는 다음 식으로 된다.발열반응에서 촉매입자가 주위 기체보다 뜨거워진다고 할지라도, 이 단순한 처리과정에서는 기체온도와 고체온도가 동일하다고 가정을 한 것이다. 기체와 고체 온도간의 차는의 전형적인 구동력 ()에 비하여 일반적으로단지 몇 도에 지나지 않는다.? 개별 열전달 계수총괄 계수는 유체물성, 고체벽 특성, 유속 및 열교환기 치수 등을 포함하는 여러 변수에 의존된다. 이 총괄계수를 예측하는 논리적인 방법은 고체와 유체층에 대한 개별 저항을 구하고 이들 각각을 더하여 총괄계수의 역을 구하는 것이다. 단일 유체가 난류로 도관을 흐를 때 세 가지의 영역이 존재하여 한 유체에 대한 유동 연구도 아주 복잡하다. 그림에서 보는 바와 같이 벽에는 thin sub된다.

공학/기술| 2006.05.21| 10페이지| 1,000원| 조회(800)

복사, 전도, 열전도도, 대류, Fourier`s Law

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[화학공학]Reynolds number 측정 / 손실두 측정 실험 평가A+최고예요

1.실험 제목Reynolds number 측정 / 손실두 측정 실험2.실험 목적유체가 관을 통하여 흐르는 모양을 관찰함으로써 흐름에 대한 유체 역학적 특성인 층류와 난류 및 임계속도를 구하여 Reynolds 수의 개념을 이해하고자 한다.3.실험 방법● Reynolds number 구하기(1) 탱크에 물을 채우고 밸브를 열어서 적당량의 물을 피로관부를 통하게 한다.(2) 수량을 변화시켜서 시행하고 스톱워치로 시간을 재면서 그 유량을 측정한다.(3) 잉크를 살짝 떨어뜨려서 물의 흐름을 관찰한다.● 오리피스, 벤츄리미터, 마노미터를 사용해서 손실두 구하기(1) air vent를 열고 파이프 내의 air를 뺀다(2) 각 밸브를 열고 파이프 내의 air를 뺀다.(3) 제일 윗 부분의 밸브를 열어 유속과 함께 마노미터를 번호에 맞춰서 마노미터의 밸브를 조심스럽게 연다.(4) 출구 파이프를 열고 시간을 측정하고 그 유량을 측정한다.(5) 벤츄리, 플랜지, 오리피스에서 각각 밸브를 완전히 열었을 때와 반쯤 열었을 때 그리고 거의 잠겼을 때에서 각각 측정한다.Reynolds 실험장치압력손실 측정장치4.실험 이론수평한 유리관에 유체가 흐르게 하고 그 입구에 잉크가 흐를 수 있는 노즐을 장치하여 유량의 변화에 따르는 잉크의 흐름을 관찰하였을 때, 속도가 작을 때는 잉크는 일직선 모양으로 흐르며, 어느 속도 이상이 되면 잉크가 관 전체에 퍼져 버리는 현상이 나타났다. 유체가 층을 이루는 흐름으로 층류(laminar flow), 또는 점성류(viscous flow)라고 하며, 잉크가 어떤 속도 즉, 임계 속도(critical velocity)를 넘으면 유체는 소용돌이를 이루면서 흐르기 때문에 관 전체에 잉크가 퍼지게 되는데 이 때의 흐름을 난류(turbulent flow)라고 부른다.층류와 난류에서 중심부분에서의 최대 속도[m/s]와 평균속도[m/s]사이에는 식 (1)과 (2)와 같은 관계가 성립을 하게 된다.층류:=(1)난류:= 0.8(2)원관에 유체가 흐르는 경우 관의 내경을 Dar)=>속도가 작을 때 유체는 측방 혼합이 없이 흐르게 된다. 마치 카드놀이에서처럼, 인접한 층이 다른 층을 미끄러져 흐른다. 여기에는 교차흐름이나 에디가 없다. 이러한 상태를 층류라고 한다. 속도가 커지면 난류가 생기고 에디가 발생하여, 뒤에서 설명하는 바와 같이 축방 혼합이 일어나게 된다.? 난류(Turbulence)=>유체는 관이나 도관에서 두 가지 다른 모양으로 흐른다는 것이 오래전부터 알려져 있다. 유량이 적을 때에는, 유체의 압력강하가 유속에 비례하여 증가하지만, 유량이 크면 보다 빨리, 즉 대개 유속의 제곱에 비례하여 증가한다. 이 두 흐름 형태의 구분은 Osborne Reynolds가 처음으로 고전적 실험에 의하여 실증하여 1883년에 발표하였다. 그는 물이 들어 있고 벽이 유리로 된 탱크 안에 수평 유리튜브를 설치하고, 튜브 안의 유량을 벨브로 조절하였다. 튜브 입구를 나팔꽃처럼 벌리고, 상부의 플라스크로부터 튜브 입구 흐름 중에 미세한 물감 줄기를 도입하였다. Reynolds는 유량이 적을 때에는 물감 줄기가 흐름에 따라 흩어지지 않고 흐르며, 교차혼합이 일어나지 않음을 발견하였다. 이 물감선의 거동으로부터 물이 평행한 직선으로 흐름을 분명히 알 수 있었는데, 이 흐름이 곧 층류이다. 유량을 증가시키면 임계속도에 이르게 되는데, 이 때부터 물감 줄기가 파형이 되고 점점 흩어져서 마침내 물이 흐르는 단면전체에 퍼지게 된다. 이러한 물감의 거동으로부터 물이 더 이상 층류로 흐르지 않고 교차흐름 및 에디를 이루며 흐른다는 것을 알 수가 있다. 이러한 흐름 형태가 난류이다.? Reynolds Number와 층류-난류 전이=> Reynolds는 흐름이 한 형태에서 다른 형태로 바뀌는 조건에 관하여 연구하였는데, 층류라 난류로 바뀌기 시작하는 임계속도는 튜브의 지름, 액체의 점도 및 밀도, 평균유속 등 4가지 양에 의해 좌우가 됨을 알아내었다. 그는 또한 이 네 가지 양을 하나의 군으로 조합하면 이 군의 값에 따라 흐름의 종류가 달라짐을 알았다. 그는한 시간과 부피 중에는 여러 가지 크기의 에디가 혼재하게 된다. 가장 큰 에디는 가장 작은 크기의 난류 정도이며, 가장 작은 에디의 지름은 10~100정도이다. 이 보다 작은 에디는 점성 전단에 의하여 곱하게 된다. 에디 안에서의 흐름은 층류이다. 가장 작은 에디라도정도의 분자가 모여 있으므로, 에디는 모두 크기가 거시적이며, 난류는 분자 현상이 아니다.에디는 마치 돌고 있는 조금한 팽이처럼 일정량의 기계적 에너지를 가진다. 가장 큰 에디의 에너지는 유체의 본체 흐름의 위치에너지에 의하여 공급이 된다. 에너지 관점에서 볼 때 난류는 본체 흐름에서 생기게 되는 큰 에디로부터 계속하여 보다 작은 에디로 회전에너지가 전송되는 하나의 에너지 전달 프로세스이다. 큰 에디가 깨져서 보다 작은 에디가 될 때 기계적 에너지가 감소하여 열로 되는 양은 크지 않지만 압력을 유지하거나 흐름에 대한 저항을 극복하는 데에는 이러한 에너지가 실질적으로는 쓸모가 없다. 가장 작은 에디가 정성작용으로 말살되면 기계적 에너지는 결국 열로 변하게 된다.? 난류에서의 편차 속도=> 난류장의 한 점에서 순간속도의 전형적인 변동은 그림에 보이는 것과 같다. 이 그림은 실제 속도 벡터 중에서 한 성분만을 나타낸 것인데 실제로는 3가지 속도 성분의 크기와 방향이 모두 빠르게 변한다. 또한 같은 점에서의 순간 압력도 속도 변동과 함께 빠르게 변한다. 이러한 변동을 오실로 그래프로 나타낼 수가 있는데, 이러한 기본적 실험 자료에 근거하여 현대적 난류 이론을 전개하고 있다. 얼핏 보기에 난류는 비구조적이고 무질서한거 같지만 그림과 같은 오실로 그래프를 살펴보면 꼭 그런 것은 아니다. 이러한 변동은 일정한계사이에서 일어나는 것으로 그 불규칙성과 비예측성은 어떤 수학적 비선형 카오스 함수의 거동의 예가 되는 것이다. 그러나 이러한 함수는 아직 난류 특성을 정량화에 유용한 것으로 입증되지가 않았다. 따라서 빈도 분포의 통계적 해석으로 설명을 한다. 임의 점에서의 순간적인 국부속도는 빠른 진동을 추적할 수 있는 작을 때에는 두 위치에서의 속도 사이의 관계가 아주 밀접하지만, y가 크면 전혀 무관하다. 이는 예상할 수 있었던 것인데, 측정점 사이의 간격이 에디의 크기보다 작으면 하나의 에디 안에서 측정한 것이 되므로, 두 점에서의 일탈속도는 상관성이 강할 것이다. 다시 말해서, 한 점에서 속도의 크기와 방향이 변하면, 다른 점에서의 속도도 실질적으로 마찬가지(정반대)일 것이다. 두 측정점의 간격이 크면 각각 다른 에디에서 측정한 것이 되므로, 상관성이 없어진다.한 점에서 일탈속도의 세 성분을 측정하면, 대개는 어느 두 성분이든 간에 서로 상관 관계가 있으며, 한 성분이 변하면 다른 두 성분도 따라서 변한다.상관계수(correlation coefficient)를 정의하면 이러한 관찰 결과를 정량화할 수 있다. 그림의 상황에 맞는 상관계수를 다음과 같이 정의한다.각각 지점 1과 2에서의값이다.단일 점에 적용할 수 있는 상관계수는 다음과 같은것이 있다.이 식에서는 같은 점에서 동시에 측정이 이루어진다.? 경계층 안의 층류와 난류=> 고체-유체 계면에서의 유속은 0이 되므로, 고체 표면에 가까운 곳에서의 유속은 작을 것이다. 따라서, 경계층 중에서 표면에 아주 가까운 부분에서의 흐름은 층류가 된다. 실제로는 대부분의 시간동안 층류이지만. 때로는 주류나 경계층 외부에서 생긴 에디가 벽에 아주 가까이 이동하여 일시적으로 속도프로필을 교란한다. 벽 근처의 평균 속도 프로필에는 이러한 에디가 별 영향을 미치지 않을 것이지만, 벽과 흐름 사이에서 열이나 물질이 전달될 때에는 온도나 농도의 프로필에 큰 영향을 미칠 수가 있다. 액체 중의 물질전달에서는 이러한 영향이 가장 현저하다.표면으로부터 많이 떨어지면 유속은 교란되지 않은 유체의 유속보다는 작지만 상당히 커지게 되는데, 경계층 중의 이 부분에서는 난류가 된다. 완전히 발달된 난류지대와 층류 영역 사이에는 중간 성격을 가지는 전이층. 즉 완충층이 존재를 한다. 따라서 난류 경계층은 세 영역 즉, 점성부층, 완충층 및 난류 영역으로 이양의 중심부와 이 중심부와 벽 사이의 환상 경계층으로 이루어진다. 경계층에서는 벽에서 유속이 0이고 중심부로 갈수록 유속이 증가하여 중심부의 일정한 유속과 같아진다. 관 입구로부터 하류로 갈수록 단면 중에서 경계층이 차지하는 부분이 증가하여, 마침내 경계층이 관 중심에 이르게 되면, 막대 모양의 중심부는 사라지고 경계층이 흐름 단면 전체를 차지하게 된다. 이 점에 이르면 관 안의 속도분포가 완성되어서, 이 상태가 변하지 않고 계속 유지가 될 것이다. 이처럼 속도분포가 변하지 않는 흐름을 완전 발달 흐름(fully developed flow)이라 한다.? 난류-층류 전이 길이=> 관 입구에서부터 경계층이 관의 중심에 도달하여 완전 발달 흐름이 되기까지의 거리를 전이걸이(transition length)라고 한다. 유속은 관의 길이와 관 중심으로부터 반지름방향 거리에 따라 달라지므로, 입구 부분에서의 흐름은 2차원 흐름이 된다.층류의 경우, 직관에서 최종 속도분폭포가 완성되기까지의 길이는 대략 다음과 같다.이 식은 Nikuradse가 처음 제안하고, Rothfus와 Prengle이 실험으로 입증을 하였다. 이 식에 따르면, 관의 내경이 50mm(2 in)이고 Reynolds 수가 1,500일때, 전이길이는 3.75(12.3 ft)이다. 관에 유입이 되는 유체가 난류이고 관 안의 유속이 임계 유속보다 크면, 전이길이는 Reynolds 수와 거의 무관하며, 관 지름의 40~50배 정도가 된다. 그러나 입구로부터 관 지름의 25배 정도가 되는 지점 이상에서는 속도 분포의 차이가 거의 없다. 내경이 50mm인 관의 경우, 흐름이 난류일 때는 곧은 부분이 2~3m 정도이면 충분하다. 관에 유입될 때는 층류이고 관 안에서 난류가 된다면, 전이길이가 길어져서 관 지름의 100배 정도가 필요하게 되는 것이다.? Bernoulli 방정식유체의 유속과 압력의 관계를 수량적으로 나타낸 법칙으로 유체역학의 기본적 법칙 중의 하나이다. 관내를 흐르는 유체의 어떤 부분에서도이 성립한다.ρter)

공학/기술| 2006.05.21| 11페이지| 1,000원| 조회(917)

레이놀드, 유체유동, 손실두

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[화학공학]침강건조속도

1. 실험 일시 : 2005. 11. 17. (목)2. 실험 제목 : 침강 / 건조속도의 측정3. 실험 목적① 침강속도 실험의 목적? 중력장 내에서 구가 액체 중에 침강할 때 작용하는 힘(중력, 부력, 항력 등)이존재한다. 이때 일어나는 현상을 알아보고 Drag 계수와와의 상관관계와그 의미를 이해한다.② 건조속도 실험의 목적? 시료를 건조기 내에서 건조하여 질량곡선을 작성하고 또한 건조특성 곡선을구하여 항율 건조기관과 감율 건조기간을 알도록 한다. 그리고 한계함수율을구하고, 또한 항율 건조기간에 있어서의 열전달 계수를 구하고, 건조계수를 결정하여, 건조시간과의 관계를 이해한다.4. 실험 원리(1) 침강속도 측정 실험? Reynolds number관 속으로 유체가 흐를 경우 흐름 방향에 직각인 단면을 단위시간에 통과하는유체의 양을 유량이라고 하고, 이를 관의 단면적으로 나눈 값이 유체의 평균유속이다. 보통 관내를 흐르는 유체의 유속은 일정하지 않으며, 관벽에서는 벽면의 저항에 의하여 유속이 느리고, 관의 중심에서는 최대 속도를 나타낸다. 유체의 흐름상태를 연구하기위해 1883년 Osborne Reynolds는 수평한 유리관에 유체가 흐르게 하고 그 입구에 잉크가 흐를 수 있는 노즐을 장치하여 유량의 변화에 따르는 잉크의 흐름을 살폈다. 속도가 적을 때는 잉크는 일직선 모양으로흐르며, 속도가 어느 정도 이상이 되면 소용돌이를 일으키며 잉크가 관 전체에퍼져버리는 현상이 나타났다. 전자를 Laminar flow라 하고 후자를 turbulentflow라고 부른다. 이런 유체 흐름의 상태는 관의 모양과 유체의 성질에 따라달라짐이 발견되었다. 원관에 유체가 흐르는 경우 관의 내경 D, 평균유속 u,유체의 밀도 ρ를 곱한 값과 점도 μ와의 비로 유체의 상태를 나타낼 수 있으며,이를 Reynolds number NRe라고 한다.= 관지름= 액체의 평균유속= 액체의 점도= 액체의 밀도= 액체의 운동점Reynolds number는 차원이 없는 수이기 때문에 단위계만 통일되면 항상 같은값을 나타낸다. 표면이 매끈한 원관인 경우,수가 2100보다 작으면 층류이고2100에서 4000사이면 전이영역 4000이상이면 난류이다.? 주요 무차원군? Fourier number평판인 경우실린더나 구의 경우= 열확산계수= 가열이나 냉각하는데 걸리는 시간= 평판의 두께= 구나 실린더의 반지름단순한 형태 즉, 무한 평판, 실린더, 구에서 비정상상태 열전도 방정식의 해를 구할 때, 사용되는 무차원수로 NFO가 0.1이상에서 열전도 방정식은 직선으로 표현될 수 있다.? Nusselt number= 관지름== 막 두께= 열전도도정지하고 있는 유체에서 열전도에 의해 전달되는 열량의 크기와 유동하는 유체에서 열전달(대류)에 의해서 전달되는 열량의 비를 나타낸다.? Grashof number= 지름= 밀도= 중력가속도= 부피팽창계수= 온도강하= 점도유체의 점성에 의한 단위 면적당 작용하는 전단력과 유체의 팽창으로 생긴 단면적당 부력의 비를 나타낸다.? Graetz number유체에 가해지는 열전달에서 사용되는 무차원수로 π/NFO 이고 관내의 plug flow나 완전발달흐름에서 사용된다.① 액 체(Pr>1)② 기 체(Pr≒1)③ 액체 금속(Pr1 이면, 속도 경계층이 온도 경계층보다 큰 경우로 액체일 때이다. Pr

공학/기술| 2006.05.21| 11페이지| 1,000원| 조회(404)

건조, 침강, Reynolds Number, drag force, Stokes`..

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