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laminar flow table

화학공학실험 및 설계POST REPORTⅠ. Title실험 9 . Laminar Flow TableⅡ. Date2010년 3월 22일 월요일Ⅲ. Section & NameⅣ. ObjectiveLaminar flow(층류)일 때 유체의 흐름을 가시적으로 확인 해 보는 실험으로 잉크를 사용하여 stream line형성을 확인 한 후 여러 가지 solid를 배치하여 유체의 흐름의 형태 변화를 알아 본다.Ⅴ. Theory1. 물의 유동관내에 물을 흘려 이 물의 속도를 점점 빠르게 해가는 경우를 생각한다. 처음에는 물은 고요히 흘러 물의 각 분자는 마치 선을 그리는 것처럼 전체는 층을 이루며 이동한다. 그러나 이 속도가 점차 빨라짐에 따라 물의 내부는 결국에는 불규칙하게 흐르는 것과 같이 된다.이 경우 층상 흐름의 쪽을 층류(Laminar flow) 또는 유선운동(Stream line motion)이라고 하고,각 분자가 이동하는 궤적을 유선(Stream line), 유선의 덩어리를 유관(Stream tube)이라고 한다. 이것에 대해서 불규칙하게 유동하는 것을 난류(Turblent flow) 또는 난류운동(Turblent motion)이라고한다. 이 경우에는 물의 분자가 유동하므로 난류의 이러한 것을 Eddy flow라고 한다. 이 층류에서 난류로 바뀌는 경계점 속도를 임계속도(Critical velocity)라고 한다.영국의 Osborne Reynolds(레이놀즈)는 관내를 흐르는 흐름이 층류인지 난류인지를 가늠하는 레이놀즈수(Reynolds number)라는 무차원수를 발견했다. 레이놀즈수는 Re로 표기하며, 유체의 점성에 기인한 고유의 값으로, 유속 관경에 의해 결정되는 수로서, 실험에 의하면 관내 흐름에서는 Re=2000 이하이면 층류로 됨이 알려져 있다. 공업용수로에서의 물의 흐름 대부분이 임계속도 이상의 난류이다. 이러한 난류는 운동상태가 대단히 복잡하여 도저히 계산식으로 나타낼 수 없으므로, 편의상 층류로 가정하여 계산한 다음 물의운동의 경향을 파악하는 경체의 분류는 기체, 액체, 증기, 혼합 기체 등으로 일반적으로 분류하고 흐름 상태에 따라 층류, 난류, 맥동류 등으로, 온도에 따라서 고 온도로부터 극저온, 압력에 따라서 고 압력으로부터 저 압력, 점도에 따라 고점도로 부터 저점도량에 따라서 대 유량으로부터 극소유량 유체 등으로 다양하게 분류한다.유량측정은 관로의 상태에 따라 개수로, 폐수로(관로) 유량측정으로 크게 나누고, 측정방법에 따라 임의 시간당 흐르는 체적량을 계량하는 직접법과 임의 단면적을 통과하는 유량과의 상관 관계를 이용하여 유속, 전기적인 량 등의 변화를 검출, 유 량을 측정하는 방식인 간접방식으로 분류한다.3. 층류와 난류의 정의1) 층류 (Laminar flow)속도가 작을 때 유체는 측방 혼합(lateral mixing)이 없이 흐르게 된다. 마치 카드놀이에서처럼 인접한 층이 다른 층을 미끄러져 흐른다. 여기에는 교차흐름(crosscurent)이나 에디(eddies)가 없다. 이러한 상태를 층류(Laminar flow)라 한다. 속도가 커지면 난류(Turbulent flow)가 생기고 에디가 발생하여 측방혼합이 일어나게 된다.층류 유동시는 유동층 사이에서 발생하는 전단응력은 유동하는 유체가 Newton유체라면 Newton의 점성법칙에 따라 흐른다. 또한, 층류에서 점성작용은 유동이 난류유동으로 전이되려는 것을 억제한다. 즉, 낮은 점성계수, 빠른 속도, 긴 유로 에서는 증류 유동상태를 불안정하게 하여 난류로 변화시킨다. 층류 유동하는 경우 유체 속에 작은 구멍을 통하여 유동합향으로 물감을 분출시키면 물감은 하나의 선으로 나타날 뿐 유체입자들 사이로 확산되지 않는다. 실제 공학 문제에서 직면하는 대부분의 유동은 난류(Turbulent flow)에 속한다.층류로부터 난류로 성장되는 구역의 유동을 전이유동(transition flow)이라 말한다. 전이유동을 하는 유동장에서 한의 유동단면의 유동을 살펴보면 층류와 난류가 동시에 존재하는 것이 아니고 어느 순간을 층류, 어느 순간은 난류로 교차하압력 강하에 비례한 값에서 다름 값으로 진도한다. 측정이 아주 어렵다.아주 매끈한 관:에 비례.아주 거친 관:에 비례Reynolds Number< 2000? 2000 ∼ 4000> 40004. 경계층 (Boundary Layer)1) 경계층 정의 및 흐름움직이는 유체 중에서 그 이동이 고체 경계의 영향을 받는 부분을 경계층(Boundary layer)이라 한다. 경계층 생성의 구체적 예로서, 위 그림에 보인 것처럼 얇은 판에 평행인 유체 흐름을 고려하자. 이 판 선단(Leading edge)의 상류에서는 유체 흐름의 전체 단면적에서 유속이 균일하다. 고체와 유체의 계면에서는 유속이 '0'이며, 국부 속도는 점근적으로 유체 벌크 흐름의 유속에 접근한다.이 가상적 표면에 의해, 판이 유속에 직접 영향을 미치는 부분과 국부 속도가 판에 접근하는 유체의 초기 속도와 같은 부분으로 분리된다. 이 파선과 판 사이의 영역이 경계층이다.2) 경계층 영역경계층유동 영역에서는 경계층에 수직한 방향으로 압력구배가 없으므로 경계층내의 압력분포는 외부 비점성 유동의 압력분포와 같다. 그런데 경계층내의 물체표면 근처의 유체입자는 물체표면에서 착벽조건을 만족하여야하는 점성작용에 의하여 속도를 거의 잃게 되어 압력과 평형을 이룰 만큼 동압을 갖지 못한다. 결국에는 벽면 가까이의 유체입자는 벽면을 따라 흐르다가 어느 지점에 가서는 역압력 구배를 이기지 못하여 역압력 구배 방향, 즉 외부유동의 반대 방향으로 흐르게 된다. 즉, 유동박리가 발생하게 된다. 순압력 구배를 갖는 유동영역에서는 박리가 발생하지 않는다.3) 경계층의 외부영역외부영역은 Bernoulli 방정식을 만족하도록 동압과 정압이 평형을 이룬다. 다시 말하면 흐름 방향으로 압력이 증가하는 역 압력구배 영역에서는 단지 동압이 감소하는 만큼 압력이 증가하게 되는데, 운동에너지가 압력으로 변환되는 것에 불과하다.5. 경계층의 분리와 후류의 생성(Wake formation)유체 중에 잠긴 고체 표면을 유체가 떠나갈 때 그 끝에서 생기는 ortex)가 형성된다. 이 영역을 후류(wake)라 한다. 이 후류중의 에디는 후류와 분리된 흐름 사이의 전단응력으로 인하여 운동을 계속한다. 이 때 상당한 기계적 에너지가 소모되므로, 유체의 압력강화를 증대시키게 된다.유속 변화의 크기와 방향이 다 아주 커서 유체가 고체 벽에 부착될 수 없을 때 이러한 경계층의 분리가 일어난다. 갑작스러운 유로의 확대나 축소, 심한 벤드(bend), 유체가 흐르는 방향에 장애물이 있을 때, 이러한 현상이 자주 생긴다. 그러나 완만하게 확대되는 유로에서 유속이 감소될 때도 경계층의 분리가 생긴다. 후류가 생성되면 에너지 손실이 크기 때문에 대개 경계층의 분리를 방지하거나 최소화하는 것이 좋다. 경우에 따라서는 분리가 생길 수 있는 고체 표면으로 유 체가 끌려 들어가게 하여, 즉 흡인에 의하여 이를 방지할 수 있다. 대개의 경우에는 유로 단면의 급격한 변화를 피하거나 유체가 흐르게 되는 물체를 유선형으로 만듦으로써 이러한 분리를 최소화한다. 그러나 열전달이나 유체 혼합을 촉진시키고자 할 때처럼 경계층의 분리가 오히려 바람직한 경우도 있다.(a)평판에 평행인 흐름(b)평판에 수직인 흐름6. 항력유동하는 유체 속에 물체를 놓았을 때 유체로부터 물체 표면에 작용하는 힘의 자유 운동 방향 성분을 항력(drag force), 자유유동방향과 수직인 성분을 양력(lift force)이라 정의하였다. 항력은 변형항력, 표면항력(마찰항력), 압력항력으로 복합되어 작용한다. 유동이 아주 저속인 경우(Re≤1)를 제외하고 항력은 표면항력(마찰항력)과 압력항력이 주로 작용한다.평판에 평행하게 유동하는 유체는 점성의 영향에 의하여 표면에 항력을 발생시킨다. 유동방향의 마찰합력을 표면항력, 유동방향에 따라 표면의 압력차에 의해서 추가로 항력이 발생하게 되는데 이것을 우리는 압력항력(pressure drag), 또는 경계면의 형상에 따라 다르므로 형체항력(form drag)이라고 한다. 그러므로 표면 마찰항력은 표면의 접선력들의 합이며, 압력항력은 표면eamlined body)라고 한다.여기서 무차원 항력계수(drag coefficience) CD는 다음과 같이 정의되어 있다.여기서 A는 비행기의 날개를 제외하고는 유체유동방향에 수직하게 투사한 표면적을 나타낸다. 또 유동방향에 평행하게 놓인 얇은 판에 대해서 항력은 표면마찰에 의하여 일어나므로, 이때에는 판의 양쪽 표면적을 A로 계산한다. 여기서의 계수는 표면마찰계수로서 평판의 경우비행기 날개의 경우, A는 익폭과 평균 익현과의 적으로 계산한다. 결국 항력계수 CD는 물체의 형상이나 크기가 아니라 Reynold수의 함수이다. 또 유체 중에서의 속도는 음속과 비교할 수 있으므로 Mach수의 함수이기도 하며, 만약 두 유체 사이의 경계면에 대해서 생각하면 CD는 역시 Froude수의 함수이기도 하다.Ⅵ. Apparatus & Reagent① Laminar flow table② 잉크(메틸렌 블루)③ 사진기④ 여러 가지 모양의 solidⅦ. Procedure① Table에 물을 채운 후 table 덮개를 깨끗이 닦은 후 덮개를 덮었을 때 공기 방울이 생기지 않도록 한다.② 잉크를 이용하여 stream line의 모양을 통해서 laminar flow 임을 확인한다.③ Table 위에 여러 가지 모양의 solid를 배치하여 stream line의 변화를 관찰한다.④ Table 에 설치되어 있는 source control valve를 조절하여 stream line변화를 관찰한다.⑤ 이상적인 stream line이 형성되었을 때 사진기로 찍는다.※ 공기방울이 있는 상태로 실험진행 시 solid 역할을 하여 관찰하고자 하는 solid를 지나가는 유선을 정확히 관찰할 수 없다.Ⅷ. Result & Discussion(1) Solid가 없는 상태에서의 층류층류의 흐름을 직접적으로 확인 할 수 있다. Table과 유리판 사이를 물이 느린 유속으로 흐르면서 층류를 형성하였고, 이 느린 유속으로 흐르는 물에 잉크를 흘려줌으로 인해 평행으로 흐르는 층류의 흐름을 가시적으로 확인 할 있다.

공학/기술| 2012.06.16| 13페이지| 2,000원| 조회(151)

화학공학실험, 화학공학실험 및 설계, laminar flow, boundary..

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열전도율측정

화학공학실험 및 설계POST REPORT1. 실험제목 : 열전도율 측정2. 날짜 : 2010. 04. 21 수요일3. 이론1) 전도전도(conduction)는 입자간의 상호작용에 의해서 보다 에너지가 많은 입자에서 에너지가 적은 입자로 에너지가 전달되는 것이다. 전도는 고체, 액체, 기체에서 모두 일어난다. 기체와 액체에서 일어나는 전도는 분자들이 멋대로 움직이는 과정에서 이들의 충돌과 확산에 의한 것이다. 예를 들어, 따뜻한 방에 있는 깡통 속의 차가운 음료는 전도에 의해 방안의 열이 알루미늄 깡통으로 전달되어 결국 실내 온도를 데워지게 된다.전도에 의한 열전달률은 물체의 기하학적인 현상, 두께 재질 그리고 물체를 통한 온도차에 따라 다르다. 뜨거운 용기(tank)를 유리섬유(단열재)로 감싸 주었을 때, 열손실률이 감소하는 것을 알고 있다. 단열재가 두꺼울수록 열손실은 적어지며 용기가 있는 방의 온도가 낮을수록 뜨거운 용기는 열을 보다 많이 손실한다. 용기가 크면, 표면적이 증가하고, 따라서 열손실률도 증가한다.그림 1-21과 같이 두께, 표면적이 A인 대형 평면벽(plane wall)에서 열전달을 고려하자, 벽에서의 온도차이다. 실험에 의하면 벽에서의 온도차또는 열전달 방향에 수직한 면적 A가 두 배가 되면 열전달률는 두 배가 되지만, 벽두께 L이 두 배가 되면 열전달률은 반이 된다. 따라서 평면층을 통과하는 열전달률은 층의 온도차와 열전달 면적에 비례하지만 층의 두께에 비례한다고 결론지을 수 있다. 즉,또는(W) (1)이다. 여기서 비례상수 k는 물질의 열전도도(thermal conductivity)이며 재질이 열을 전도할 수 있는 능력을 나타낸다.(1-22)인 극한의 경우, 위의 식은 미분형태로 된다.(W) (2)이것을 Fourier의 열전도법칙이라고 한다. dT/dx는ㄴ 온도구래배로서 위치 x에서 T-x diagram의 온도 곡선의 구배( T의 x에 대한 변화율)이다. 이 관계식은 어떤 방향에서의 열전달률은 그 방향의 온도구배에 비례한다는 것을 나타낸및 물체의 양단간 온도차에 의해 결정된다. 온수탱크를 절연체인 유리섬유로 감아두면 열 손실을 줄일 수 있는데 이때 절연체의 두께가 두꺼울수록, 온수탱크와 주위의 온도차가 작을수록 열 손실은 작아진다. 탱크의 크기가 클수록 표면적이 크고 따라서 열손실속도가 커진다. 전도에 의한 열전달 속도는 다음 식에 따라 열전달 면적과 물체의 양단간의 온도차에 비례하고 두께에 반비례한다. 이 식을 Fourier의 열전도 식이라 하며 이 때 비례상수를 열전도도라고 한다.(2-1)여기서, q : 열전달 속도 (W)k : 열전도도 (W/m?K)A : 열이 전달되는 방향과 수직으로 접한 면의 면적 (m2)dT : 양단간 온도차(°C)dx : 열이 전달되는 물체의 두께 (m)정상상태의 열전달에서 열전달 속도 q가 일정하고 열전달 면적 A와 열전도도 k도 일정하다고 했을 때 dT/dx는 일정하다. 즉, 물체의 벽 내에서 온도는 x와 직선적으로 변한다고 할 수 있다. 따라서 정상상태에서 벽 내에서의 온도 분포는 직선을 나타낸다.한편 dT/dx는 온도 구배(temperature gradient)이며 온도가 감소되는 방향으로 열이 전달되기 때문에 (즉, dT/dx가 음의 값을 갖는다.) 열전달 속도를 (+)로 표시하기 위해서 Fourier 식 우변에 (-) 부호가 삽입되었다.식에서 열전도도는 단위온도차이 당 물체의 단위두께 당 열전달속도로 정의될 수 있다. 물체의 열전도도는 얼마나 빠르게 열이 물체 내를 흐르는가를 나타내는 척도라 할 수 있다. 흔히 많이 쓰이는 물질의 열전도도는 표와 같다.식을 변수 분리하여 경계조건 x=0, T(0)=T1에서 x=L, T(L)=T2까지 적분하면3) 정상 상태와 비정상상태열전달 문제는 종종 정상상태(steady)또는 비정상상태(비정상, 과도 unsteady)로 분류된다. 정상상태는 매개물 내의 어떤 점에서 시간에 따라 변하는 시간종속을 의미한다. 그러므로 온도 또는 열유속은 비록 위치에 따라 변할지라도(그림 2-4), 정상상태인 경우 시간에 따른 변화가 없다 꼭 상세할 필요가 있는가? 만약 히터의 적절한 크기를 결정하는 것이 집에 대한 열전달 해석이 목적이라면 최악조건하에서 정상상태로 작동된 시간 시간동안의 열손실 즉, 최악 조건에서의 건물의 최대열손실률을 구하는 것이 필요하다. 그러므로 정상조건하에서의 열전달 해석을 통하여 문제의 답을 구할 수 있다. 만약 히터의 크기가 가정된 최악의 조건하에서 난방을 유지하기에 충분하다면 모든 조건에 대해서도 충분할 것이다.※ 정상상태 전도열흐름 속도는 k가 온도에 무관하다고 가정하여 다음과 같이 알 수 있다. 정상상태에서 고려하는 미소구간에 열의 축적이나 고갈이 없기 때문에, q는 열흐름 거리에 따라 일정하다. 만일 x가 뜨거운 쪽으로부터의 거리이면 다음과 같이 쓸 수 있다.(10-7)식 (10-7)에서 변수는 x와 T뿐이므로 직접 적분하면 다음과 같다.(10-8)x₂- x₁= B = 절연층 두께T₁- T₂= △T = 절연층 내 온도강하열전도도 k가 온도에 따라 직선적으로 변할 때, 식 (10-8)은 k의 평균치 k(바)를 취하여 사용할 수 있다. 여기서 k(바)의 값은 T₁과 T₂에서의 각각 k값들을 산술평균하여 사용하거나 또는 두 온도의 산술평균치를 구하고, 그 산술평균 온도에서의 값을 사용한다.식 (10-8)은 다음 형으로도 표시된다.여기서, R은 점 1과 2 사이에서 그 고체의 열저항(thermal resistance)이다. 식 (10-9)는 일반 속도원리의 한 예이다. 이것은 속도가 저항에 대한 구동력(driving force)의 비와 같음을 나타낸다. 열전도에서 q는 속도이고, △T는 구동력이다. 식 (10-9)에 의해 나타낸 바와 같이, 저항 R은 B/k(바)이다. 여기서, k는 온도에 따라 직선으로 변하는 것으로 간주하여 k바를 사용하였다. 그래서 열전도의 경우 h=k(바)/B이다. 저항과 h는 전도도 k가 재료의 물성인 것처럼, 고체의 치수에 의존된다.4) 기준편을 이용한 시편의 열전도도 측정정상상태에서는 열속도가 일정하므로 기준관(첨자R), 시험편(첨자X)는 Btu/h로, 그리고 dT/dx은 ℃/m 또는 ℉/ft로 측정된다. 그래서 k의 단위는 W/m?℃ 또는 Btu/ft2?h?(℉/ft)이다.Fourier 법칙은 k가 온도 구배에 무관하나 온도 자체에는 필연적으로 무관한 것은 아님을 나타내고 있다. 실험에 의해 광범위한 온도구배에서 k의 독립성이 확증되나, 다공성 고체만은 제외된다. 이 다공성 고체는 선형온도 법칙에 따르지 않고, 입자간 복사가 전체 열흐름량에 중요한 몫을 차지하게 된다. 이와 반대로 k는 온도의 함수이나 강함수는 아니다. 좁은 범위의 온도에서 k는 일정하다고 생각할 수 있다. 큰 온도구간에서는 k는 다음 형태의 식에 의해 추정할 수 있다.(10-6)여기서, a와 b는 실험상수이다.금속의 열전도도 값은 스텐레스강의 17W/m?℃(10 Btu/ft?h?℉), 연강의 45 W/m?℃(26 Btu/ft?h?℉)로부터 구리의 380 W/m?℃(220 Btu/ft?h?℉), 은의 415 W/m?℃(240 Btu/ft?h?℉)까지 그 범위가 넓다. 금속의 열전도도는 온도 감소에 따라 일반적으로 거의 일정하거나 약간 감소한다. 유리나 대부분의 비다공성 물질에 대한 열전도도 값은 0.35~3.5 W/m?℃(0.2~2 Btu/ft?h?℉)까지 아주 낮다. 이러한 물질의 k는 온도 증가에 따라 증가 하거나 감소한다.대부분 액체의 k는 고체보다 낮고 전형적인 값은 0.17 W/m?℃(0.1 Btu/ft?h?℉)이고, hs도 10℃ 상승에 따라 3~4% 감소한다. 물은 예외여서 k = 0.5~0.7 W/m?℃(0.3~0.4 Btu/ft?h?℉)이고 온도 상승에 따라 정점(최대점)을 통과한다.기체는 열전도도 값이 작아서 0.007 W/m?℃(0.004 Btu/ft?h?℉) 정도이고 공기는 0℃에서 0.024 W/m?℃(0.014 Btu/ft?h?℉)이다. 열전도도는 분자량 증가에 따라 또는 온도 증가에 따라 감소하는데, 이는 분자속도와 에너지 분포에 변화가 있기 때문이다. 단분자 기체의 겨우 k는 T의 0.5제곱에 도율 측정 장치를 이용 하여 구리, 황동, 알루미늄의 3가지 시험편을 넣고 온도를 재보았다.시편123T*************085*************846**************************8181*************7*************2612888composite system에서 재료의 경계면 사이에는 온도 차가 발생한다. 이런 온도 차는 열접촉 저항 (thermal contact resistance)에 의하여 일어난다. 이러한 열접촉 저항이 있을 때는 아래 식을 이용해 시편의 열전도율을 구할 수 있다.where실험 결과와 를 이용해 각각 시편 1,2,3의 열전도도를 구하여 보니,구한 열전도도와 시험편의 열전도도 문헌 값과 비교해보면,열전도도구리황동알루미늄문헌값32095196실험값시편1시편2시편3419.56-320.03419.535. 고찰이번 실험에서는 기준편이 구리인 열전도율 측정장치를 이용하여 종류를 모르는 시편 3가지의 온도 구배를 관찰하고 그 온도 구배를 이용해 시편의 열전도도를 알아보는 실험이었다. 실험결과, 구리는419.56, 황동은 -320.03, 알루미늄은 419.53 의 전도율을 가지는 것을 알 수 있다. 이론 값은 구리가 320, 황동이 95, 알루미늄이 196으로 구리와 황동은 이론 값보다 큰 수치가 나왔으며, 황동은 음의 값이 나왔다. 오차의 원인을 생각해보면, 우선 온도 측정을 충분히 시간이 경과한 후 정상 상태에서 측정해야 하는데, 정상 상태가 되기 전에 정상 상태가 되었을 거라고 판단하고 잘못 측정했을 가능성이 높다고 생각된다. 또한 모든 시편들의 온도 측정을 할 때 시편과 기준관이 떨어지지 않도록 아주 밀착시키고 평행으로 맞추어 줘야 하는데, 그 것을 제대로 해주지 못해 오차가 났다고 볼 수 있다. 특히 시편3은 중간에 평형이 맞춰져 있지 않은 것을 확인해서 실험 도중에 평형을 맞추었는데 여기서 더 큰 오차가 났을 수도 있다고 생각한다. 그리고 실험을 반복하면서 기준관을 각 시험시편을 실험 후 충분히 식히있다.

공학/기술| 2012.06.16| 13페이지| 2,000원| 조회(1,033)

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유동화실험

화학공학실험 및 설계POST REPORTⅠ. Title실험 11. 유동화 실험Ⅱ. Date2010년 3월 31일 수요일Ⅲ. Section & NameⅣ. Objective입자층을 통한 유체의 상향 흐름은 자연계에서는 다공성 매체를 통한 지하수, 원유, 천연가스의 움직임에서 볼 수 있으며 공업적인 조작에서는 여과, 이온교환 및 촉매 반응기 등에서 쉽게 볼 수 있다. 특히 입자가 느슨하게 충진되고 층을 통한 흐름에서 비롯되는 압력 강하가 층의 무게와 평형이 되면 유동화 현상이 일어난다. 자연적으로는 소위 “quick sands"로 유동화 상태가 일어나며 공업적으로는 건조, coating, 열전달 및 화학반응 등의 여러 조작에서 수행되어 진다. 따라서 고정층 및 유동층 실험 등을 통해 유동화에 대한 전반적인 이해를 구하고자 한다.Ⅴ. Theory1. 유동화기체나 액체를 고체 입자가 충전된 고정층의 하부로부터 천천히 통과시키면, 층을 형성하는 입자는 움직이지 않으며, 이 때 고정층의 압력 강하는 Ergun식으로 추정할 수가 있다. 유체의 속도를 점차 증가시키면 압력강하도 커지고, 각각의 입자에 생기는 저항도 커지면서 입자가 움직이기 시작하고, 유체 속도가 더 커지면 입자가 유체 내에서 뜨게 된다. 층을 이루는 입자들이 완전히 떠 있는 상태를 유동화(Fluidization), 그러한 장치를 유동층(fluidized bed)이라고 부른다.이때 유체 내에 떠있는 고체와 유체의 혼합물을 밀도가 큰 유체처럼 거동한다. 만일 유동층 장치를 기울이면 유동화 된 유체의 위 표면은 수평이 되는데, 이것은 유체의 현상과 같다. 그리고 유동화 된 입자 중에서 큰 입자는 그 밀도와 현탁 유체의 밀도의 차이에 따라서 층 내에서 위로 뜨거나 아래로 가라앉는다.유동화 된 고체는 파이프와 밸브를 통해서, 액체처럼 이동이 가능하기 때문에 이러한 유동화에 의한 유동성(fluidity)은 고체 입자를 취급하기 위해서 유동화를 시행하게 되는 주요한 장점 중의 하나이다.2. 유동층(fluidized be림에서 분산판 밑에서 공기 혹은 액체를 저속으로 도입하면, 층을 통해 상승하지만, 입자는 움직이지 않는다. 입자가 아주 작으면, 입자사이의 유로에서의 흐름은 층류가 되고, 층에서의 압력 강하는 공답속도에 비례한다. 유속이 조금 증가하면 압력 강하가 증가하지만, 입자는 움직이지 않고, 층 높이는 그대로 유지된다. 유속이 어떤 값에 이르면, 층에서의 압력 강하가 입자에 작용하는 중력 즉 층의 무게와 균형을 이루는 상태가 되며, 유속이 이 이상 증가하면 입자가 움직이기 시작한다. 그림의 A가 이 점이다. 입자들이 서로 접촉하고 있는 상태에서도 층이 약간 팽창하기도 하는데,이 조금만 증가해도의 몇 %증가를 상쇄하여를 일정하게 유지하기 때문이다. 유속이 더욱 증가하면 입자들이 서로 충분히 떨어져서 층 안을 돌아다니게 되어, 참 유동화가 일어난다.(점 B) 유동층의 유량을 점점 감소시키면, 압력 강하는 일정하면서도 층 높이가 감소하여, 선 BC를 따르는데, 이 선은 유속을 증가시킬 때 관찰한 것이다. 그러나 층의 최종 높이는 고정층의 초기치보다 커지는데, 유동화 상태에서 천천히 가라앉을 때에 비하여 한꺼번에 들어부었을 때 한층 치밀하게 충전되기 때문이다. 결과적으로 저속일 때의 압력 강하는 초기 고정층에 비해 적어진다. 다시 유동화 시키면 점 B에서 압력 강하와 층 무게가 같아지므로, 점 A가 아니라 점 B가 최소 유동화속도(minimum fluidization velocity)이다.을 측정하려면, 층을 격렬하게 유동화 시켰다가 유체를 침강 시킨다. 다음에 유량을 서서히 증가시켜서 층이 팽창되기 시작하도록 하여 구한다. 보다 재현성이 있는값은 고정층 및 유동층에서의 압력강하선의 교점에서 구할 수도 있다.충전층에서의 압력강하에 의한 Ergun 식을 초기 유동화점에 적용하면 최소 유동화속도에 관한 2차식이 된다.입자가 아주 작으면, Ergun 식에서 층류항만이 중요하다.< 1은 다음과 같다.> 1000 때는어떤 형태의 유동화이거나 유효속도가 증가하면 층이 팽창한다. 전체 압렬하게 교반시킬 수 있고 발열량이나 흡열량이 큰 경우에도 실질적으로 층에 온도구배가 생기지 않도록 하면서 고체를 혼합할 수 있다는 점이다 고체의 운동이 격렬하면 벽이나 층 안의 냉각관을 향한 열전달 속도가 커진다. 또 고체의 유동성을 이용하여 고체를 한 용기에서 다른 용기로 쉽게 옮길 수도 있다.5. 유동층 내의 열전달유동층 내의 열전달은 유속이 Uo 보다 작은 고정층에서는 작으나 U> Uo 일 때는 점점 증가하여 열전달 계수가 최대가 된다. 이때의 유속이 열전달 최적유속이 되며, 그 보다 유속이 증가하게 되면 입자의 밀도가 낮기에 열전달 계수는 서서히 감소한다.6. 유동층에서 열전달 효과가 좋은 이유· 고체입자가 순환해서 벽의 층류층 두께 감소시킴· 고체의 열용량은 gas열용량 보다 크고 대류 전열량을 증대· 입자가 집단되어 층 내를 순환하면서 전열7. 기포유동층(BTB)미세한 입자 층을 통하여 기체가 최소값보다 매우 큰 공탑 속도(혹은 유입속도) u?로 통과할 때 많은 양의 기포가 입자 층을 통하여 상승하는데 이러한 입자층은 끓는 액체처럼 보여 진다. 이러한 상태를 기포 유동층(bubbling fluidized bed-BFB)이라 한다. 상업적 공정 특히 고체촉매 기상반응은 종종 기체속도가 u?=5~30인 기포 층에서 조작되기도 한다.기포 유동층에서의 전화 율이 플러그흐름부터 혼합흐름 이하까지 변하는 것은 계산을 통하여 보여준다. 기포 층의 이러한 곤란함과 난처함으로 인하여 오랫동안 새로운 상황에서 추산이나 예측에 신뢰성을 갖지 못하였다. 이러한 사실 때문에 대형화는 조심스럽고 불확실한 요소들이 남게 되었다.이러한 어려움은 기포 유동층 내에서 접촉과 흐름양식에 대한 지식의 부족으로부터 발생한 것으로 인식되어져 왔다. 실제로 상승하는 기체 기포에 의해서 많은 고체의 우회가 일어나게 된다. 이것으로부터 기포에 유동층의 거동을 예측하는 것은 기포 유동층에 적합한 흐름 모델의 선정이 선행되어야 함을 알 수 있다.기포 유동층은 이상접촉에서 단일유체 반응기(층진층, Air 스포이드로 공기를 넣어주면 수두차가 생긴 다.③ 위와 같은 방법으로 유량을 변화시켜가며 유동화되는 상태와 수두차, 유동화 높이, 유량 (유속) 등을 기록한다.Ⅷ. Result & Discussion1) Result1. 기준 높이를 정한 후, 유량을 변화시켜 가면서(증가, 감소) 그에 따른 수두차와 유동층 높이를 측정한다.유속 = 유량 / 단면적 (150mm*15mm)기준높이 (mm)수두차 (mmH2O)유동층높이 (mm)유량 (l/min)유속 (cm/sec)400*************1.4*************032.*************6542.9*************053.*************9042.9*************032.*************2521.4**************************20021.4*************032.*************8042.9*************053.*************8542.9*************032.*************3021.4**************************20521.4*************032.*************6042.9*************553.*************8042.9*************532.*************2021.4*************0유체의 온도20℃유체의 점도0.01g/㎝*sec입자의 직경0.125cm입자의 밀도1.85g/㎤유체의 밀도1g/㎤공극률0.4구형도1기준높이180mm기준높이 (mm)수두차 (mmH2O)유동층높이 (mm)유량 (l/min)유속 (cm/sec)400*************1.4*************3.333333332.222222222261.3333333268.333333342.962962963284.6666667301.666666753.*************8542.962962963244.666666724532.*************2521.481481481 유동층 높이의 그래프를 비교하였다. 정확하게 동일하지는 않지만 어느 정도 비슷한 구간에서 압력강하는 증가폭이 줄어들고, 유동층 높이는 전의 유량과 비교해 증가폭이 커졌음을 알 수 있다. 이 그래프를 분석해보니, 최소 유동화 속도가 약 1.6~1.7㎝/sec 인 것으로 나타났다.④ 최소유동화속도() 계산g : 중력가속도 (= 980cm/s2)ρp : 입자의 밀도 (= 1.85g/cm3)ρ : 유체의 밀도 (= 1g/cm3)μ : 유체의 점도 (=0.01g/cm?s)εM : 최소공극률 (= 0.4)Φ : 구형도 (= 1)Dp : 입자의 지름 (= 0.125cm)= 0.926 cm/s? 이론적 최소 유동화 속도 V0m = 0. 926cm/sec? 실험데이터 그래프로 분석한 최소 유동화 속도 = 1.6~1.7cm/sec2) Discussion이번 실험은 입자 유동층에서 유량을 변화시켜 압력강화와 유동층의 높이를 유속과 관련하여 분석해보고, 그래프에서 최소 유동화 속도 값을 알아보는 실험이었다.우리 조는 기준높이를 400mm로 정해놓고 총 3번의 실험을 하여서 데이터 값을 평균 내어 그래프를 그려보았는데, 그래프 상에서 최소 유동화 속도는 1.6 ~ 1.7cm/sec사이였다. 최소 유동화 속도를 그래프에서 살펴볼 때 유동층의 높이와 압력강화를 유속과 비교해서 구할 수 있다. 유동층의 높이를 보면 우선 유속이 낮을 때는 유동층의 높이에 변화가 없다가 유속이 어느 순간이 되면 그 때부터 증가하기 시작한다. 그러다 다시 유속을 낮춰주면 유동층의 높이가 감소하다가 어느 순간 증가했던 그 유속으로 돌아왔을 때 원래의 유동층 높이 보다 약간 더 높은 유동층 높이를 나타낸다. 이는 입자들이 유동화가 일어나 떠다니다가 다시 유속이 감소되어 가라앉을 때 처음보다 공극률이 증가하기 때문이다. 다음으로 압력강화를 살펴보면 압력강하는 처음에 유속이 0일 때는 압력 차가 없으므로 0부터 시작해서 유속이 증가하면 압력강하도 비례해서 증가하다가, 유속이 어느 순간이 되었을 때 압력강하가 유속이 있다.

공학/기술| 2012.06.16| 14페이지| 2,000원| 조회(312)

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유체마찰손실실험

화학공학실험 및설계POST REPORTⅠ. Title실험 5. 유체마찰 손실Ⅱ. Date2010년 5월 19일Ⅲ. Section & NameⅣ. ObjectNewton fluid가 관을 통하여 흐를 때의 압력 손실, 마찰 인자를 구하고 관 부속품들의 상당길이를 측정하여 유량 측정에 흔히 쓰이는 orifice meter의 보정과 유체의 흐름과 그에 따른 도관과의 마찰을 이해하고 이로부터 유체마찰 손실을 구한다.Ⅴ. Theory(1) 유량 및 연속방정식관내의 흐름은 물이 정상류일 때에는 관내의 임의의 점에 있어서의 단면적은 A, 평균 유속은 V라 하면 일정시간 내에 흐르는 유량Q는 다음과 같다.또, 단면적이 서로 다른 관속에 흐르고 있는 경우에 물은 비압축성 유체로 나타나므로 임의의 점에 있어서의 단면적을 A1, A2 유속을 V1, V2 라 하면 각 단면을 지나는 유량 Q는 같기 때문에의 관계가 성립하는데 이것을 연속법칙 또는 질량의 법칙이라 한다.(2) 베르누이 (bernoulli) 법칙정상상태, 비압축성, 비점성 흐름에 관한 에너지 수지 식을 Bernoulli 식이라 하며 유체역학에서 가장 많이 사용되는 식 중 하나이다. 즉, 단일 정상상태 흐름일 경우,이고, dmin = dmout = dm 이 된다. 양변을 dm으로 나누고 정리하면,(1-32) 또는(1-33)단위 질량당의 내부에너지를 변화 시킬 수 있는 방법은 외부에서 유체를 가열 시키거나 냉각 시키는 방법과 직접적으로 내부에너지 변화에 영향을 주는 마찰열이다. 마찰열은 다른 형태의 에너지(운동에너지, 위치에너지)나 외부일(흐름일, shaft work, shear work)을 내부에너지로 전환시킨다. 한편, 마찰열에 의한 내부에너지 증가는 대개 공업적으로는 무용한 것으로 흔히 마찰손실이라 불린다. 즉, 유용한 형태의 에너지가 무용한 형태로 전환되는 개념으로 에너지가 손실되는 것이다. 결국,(1-34) 여기서 F는 단위 질량당의 마찰열을 나타낸다. 위 식을 (1-33)에 대입하면,(1-35)이 식을 일반형의 마찰 인자의 정의는 보편적인 것이 아니다.흔히 정의되는 또 다른 마찰 인자는 Moody의 마찰 인자이다. 마찰 인자를 Reynold수에 대하여 도시한 그래프를 흔히 볼 수 있고, Fanning과 Moody의 마찰 인자를 구분하는 것은 중요하다. 하지만 마찰 인자 도표에 “Fanning" 과 “Moodying"를 구분하여 표시하지 않는다. 만약 Reynold수가 아주 작은 경우에 층류영역이 f=16/Re에 해당되면, 식(1)에서 정의된 f를 사용하는 Fanning의 도표를 얻을 수 있다. 반면에 Reynold수가 작은 영역이 f=64/Re에 해당되면, Moody의 도표를 얻을 수 있다.두 번째로 주목해야 할 점은 모든 문제가 매끈한 관을 가정했지만, 실제 관은 표면이 거칠고, 이와 같은 거칠기가 마찰 손실을 증대시킨다. 그림은 표면 거칠기의 효과를 포함하는 Fanning의 마찰 인자 도표이다. 표면 거칠기 인자는 평균 거칠기와 관의 직경의 비인ρ/D이다. 실제 사용되는 상업적인 강철관의 경우, 관의 직경의 수 ㎜에서 0.5m의 영역에서, 거칠기 인자의 값은 각각 10-2에서 10-4의 영역이다. 아주 거친 관의 경우 난류 영역에서 마찰 인자의 값이 유속에 관계없이 일정한 값을 갖는다는 것을 특히 주목해야 한다.(4) 단면의 급격한 확대에 의한 마찰손실그림 단면이 급격히 확대될 때의 흐름도관의 단면이 갑자기 커지면 유체흐름이 벽에서 분리되어 제트(jet)로서 확대 단면에 분출된다. 이 제트는 팽창하여 큰 도관 전체 단면에 꽉 차게 된다. 팽창제트와 도관 벽 사이에는 경계층 분리의 특성인 와류운동을 하는 유체로 꽉 차게 되므로 이 공간에서는 상당한 마찰이 발생하게 된다. 효과를 그림1에 보였다.단면의 급격한 확대에 따른 마찰손실 hfe는 작은 도관에서의 유체의 속도두(velocity head)에 비례하는데, 이를 다음과 같이 나타낼 수 있다.(2.2.1)여기서, Ke는 비례인자로서, 확대손실계수(expansion-loss coefficient)라 한다.는 작은 도 및 밸브의 영향이음쇠(fitting, 관 부속품)와 밸브는 정상 유선을 교란하여 마찰이 생기게 된다. 짧지만 이음쇠가 많은 관에서의 마찰손실은 곧은 관에서보다 커진다. 이음쇠로 인한 마찰손실는 식 (2.2.1) 및 (2.2.7)과 비슷한 식으로 구한다.(2.2.9)여기서,= 이음쇠로 인한 손실계수= 이음쇠 상류 관에서의 평균유속계수는 실험으로 구하는데, 접속 형태에 따라 값이 달라진다. 몇 가지를 아래 표에 나타내었다.표 표준 나사형 관 이음쇠의 손실 계수이음쇠이음쇠글로브(glove) 밸브, 크게 열림10.0앵글(angle) 밸브, 크게 열림 5.0게이트(gate) 밸브, 크게 열림 0.2반쯤 열림 5.6귀환밴드(return bend)2.2티(tee, T)1.8엘보(elbow), 90°0.945°0.4(7) Reynolds 법칙비압축성 유체의 층류운동에 대한 연속방정식은으로 표시한다. 비압축성 유체의 난류운동시의 유체의 순간속도 q는 평균속도 Q와 난동부의 속도를 q’로 표시할 때q= Q+q’ 로 표시하고,▽q = ▽(Q + q’) = ▽Q + ▽+ q’ = 0 이다.연속방정식에서 난류 운동시 순간, 평균, 난동속도를 함께 적용시켜도 연속방정식을 만족하는 것을 Reynolds 법칙이라 한다.(8) Fanning’s equation유체의 흐름에서 자연적으로 점성저항에 기인해서 반드시 기계적 에너지의 손실을 수반한다. 직경의 변화라든가 방향의 변화가 없는 원통관 또는 직선 관내의 마찰손실(F)에 대해서는 다음과 같은 실험식이 있다.이것을 Fanning’s equation 이라고 하고, 여기서 u는 평균유속(cm/sec), L은 관길이(m), D는 관 안지름(m), μ는 유체의 점도(kg/m·sec)이다. 그리고 f는 관내면의 거칠기의 점도나 레이놀즈 수에 의해서 결정되는 인자로서 패닝의 인자 또는 패닝 마찰계수라고 한다. f는 관벽의 거칠은 정도에 따라 변화하는 무차원이다.(9) 유량측정장치에 의한 마찰손실유량측정장치는 그 구조적 특성 때문에 장치 내부에서 상당- p2=v22{1-(A2)2}ρg2gA1이 식으로부터 목부분의 유속 v2가 구해진다.v2=단면 ①, ②에 세운 피에조미터 액주의 차를 H라 하면h=p1 - p2ρg이므로 유량 Q는Q=A2v2=여기서 Cd는 유량계수이다.(10) 관부속품에 의한 손실 (상당길이)유체는 용기에 따라 모양이 변하므로 수송에서 대부분 pipe를 통하여 수송한다. 그렇기 때문에 유체흐름관에 부속품이 있을 때 두손실이 생기므로 두손실은 관삽입물과 같은 크기의 두손실을 가지는 직관의 길이로 환산한 상당길이(equivalent length, le)를 구해서 마찰손실을 구해야 한다.관속부품의 상당길이관부속품상당길이(le/D)관부속품상당길이(le/D)union, couple090℃ elbow32tee40 ~ 80gate valve (open)8cross50(¾open)10 ~ 4090℃ bend10 ~ 25(½open)100 ~ 200angle valve (open)170(¼open)800glove valve (open)340180 bend751"~2½"4545℃ elbow153"~6"60원판형 수량계4007"~10"70피스톤 수량계600(11) 오리피스, 벤튜리관에 의한 손실관로내에 오리피스, 벤튜리관 등과 같은 유량계를 설치하면 다음과 같은 손실수두 h가 발생한다.오리피스h = (0.985 - 1.02m)H (m = 0.1 ~ 0.65)벤튜리관h = (0.18 ~ 0.2m)H (m = 0.1 ~ 0.5)여기서 H는 유량계의 지시수두이고, m은 개구비이다.(12) 로터미터(Rotameter)벤튜리미터, 오리피스 등으로 유량을 측정할 경우 유동장이 넓어서 압력이 일정하지 아니하므로 정확한 유량을 계측하기 어렵다. 이러한 단점을 보완하기 위해 실제계측에서는 여러 점의 압력을 측정하여 평균값을 사용하기도 한다. 따라서 보다 정확한 유량을 측정하기 위한 방법으로 그림 8과 같은 로터미터를 고안해 내게 되었다. 특징으로는 유량을 직접 눈으로 읽을 수 있고 두 손실이 적으며 전후에 관이 직관이 아니더라관 부속품 및 밸브길이(m)△h(m)유량 ( )D(m)straight pipe 20A10.050.00026670.0290 엘보우0.03140.2480.0005000.02Ball valve0.2760.1790.00026670.02venturi valve0.1050.0920.00006670.01(3) 마노미터의 값을 읽고, 이것으로 다음을 계산한다.① 유속② 압력손실③ 레이놀즈 수④ 마찰계수⑤ 상당길이⑥ 마찰손실(fanning식에서 L대신에 L+Le를 대입하면 마찰손실을 구할 수 있다.)⑦ 오리피스미터, 벤추리미터의 질량유속* Data① 급 확대 실험직경(m)넓이(m2)수두차(m)유량(m3/s)유속(m/s)압력손실D1D2A1A20.022580.041280.00040040.00133830.0110.000218107.67레이놀즈수마찰계수상당길이마찰손실Le/DRe 1Re 2f1f2Le1Le2F1F*************.0373320.76236180.110090.110050.2160.2164.882.67▶ 베르누이 식으로 계산한 마찰손실:② 급 축소 실험직경(m)넓이(m2)수두차(m)유량(m3/s)유속(m/s)압력손실D1D2A1A2V1V20.04110.022350.00132670.000392332.50.00021860.1650.557318.12레이놀즈수마찰계수상당길이마찰손실Le/DRe 1Re 2f1f2Le1Le2F1F*************.1855500.1042930.110030.110310.6370.6382.684.94▶ 베르누이 식으로 계산한 마찰손실③ 90°L-bow직경(m)넓이(m2)수두차(m)유량(m3/s)유속(m/s)압력손실0.022310.0003909790.00021271.59242423.23레이놀즈수마찰계수상당길이마찰손실Le/D35281.320.3140.3144.86081.67① 유속② 압력손실③ 레이놀즈수④마찰계수⑤ 상당길이⑥ 마찰손실⑦ 베르누이 식으로 계산한 마찰손실④ 직관실험직경(m)넓이(m2)수두차(m)유량(m3/s)유속(m/s)압력손실0.022다.

공학/기술| 2012.06.16| 22페이지| 2,000원| 조회(701)

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습벽탑

화학공학실험 및 설계POST REPORTⅠ. Title실험 1 . 습벽탑Ⅱ. Date2009년 6월 9일Ⅳ. ObjectiveWetted Wall column에서 물과 공기를 향류로 접촉시키면서 물을 증발시켜서 물질전달상수를 측정한다.Ⅴ. Theory1. 이중 피중막 이론(two-film theroy)기상에서 액상으로 어느 성분이 이동하는 기구에 관해서는 다음과 같은 설이 있다. 즉 기상본체, 액상본체에서는 물질은 주로 대류에 의해서 이동하지만 기상과 액상과의 경계면 부근에서는 그 양측에 흐트러짐이 없는 엷은 경막이 존재하기 때문에 물질은 이 두 경막내를 분자확산에 의해서 이동해야만 된다. 그러므로 이 경막은 확산에 대해서 큰 저항을 나타내기 때문에 이 부분의 확산속도는 대단히 느리다. 그러나 경계면 그 자체에서는 항상 기액의 평형이 성립되어 있고 이 부분에서는 물질이동의 저항은 전혀 없다고 생각된다.2. 습벽탑과 물질전달계수(Wetted Wall column & Mass transfer coefficient)젖은 벽탑은 탑 꼭대기로 액체를 넣어 관 내벽을 따라 중력에 의해 아래로 내려가도록 하고 기체는 관 내부로 넣어 액체와 접촉하면서 탑을 통해 흐르도록 고안된 수직관이다. 일반적으로 기체는 탑 밑으로 들어가서 액체와 향류로 흐르지만 같은 방향으로 흐르게 할수 있다.유체경계면에서의 물질전달은 열전달에서 경막을 통해 열이 전달되는 것과 유사하게 경계면에 이중으로 경막이 있다는 학설이 성립되어 액체경계면과 기체경계면에서 농도 및 분압차에 의해서 다음과 같은 식으로 물질전달속도를 표시한다.The rate of mas transfer is described by the following equation＝ 유동속도 g mole/min A ＝ 경계면의 Area ㎠＝ 경계면에서의 분압 atm P ＝ 기체유에서의 평균분압 atm＝ 경계면에서의 농도 g mole/㎤ C ＝ 액체내에서의 평균농도 g mole/㎤＝ 기체 경막 물질전달계수 g mole/㎠ min atm＝ 액체 경0.5 f =이므로 이것으로부터를 구할 수 있다. 그러나 위 식은 그 정확성이 별로 크지 않고 상기실험에서 비교적 정확한 것으로는 Gilliland Sherwood 식으로가 있다. 그러나 이 식은 계수 D를 알지 못하면 사용할 수가 없다. 관 속의 난류 흐름에서 액체로의 물질전달은 약간 용해성이 있는 고체로 만든 관을 이용해서 여러 액체유량에 대한 고체의 용해속도를 측정하여 연구해 왔다. 또 다른 기법은 관벽의 일부를 전극으로 만들고 관벽으로 반응이온의 물질전달속도에 의해 전류가 제한되는 조건 하에서 전기화학적 환원이 이루어지도록 하는 것이다.확산속도의 기초식으로부터 물질전달속도를 구하는데 필요한 물질전달계수에 대하여 알아보면 물질전달계수()는 차원분석을 해보면 Diffusivity, 기체 속도, 기체 밀도, 기체 점도, 관의 직경으로 나타낼 수가 있는데 각각의 단위는▶ Dimensional AnalysisDiffusivity(확산계수)Air velocity uAir DensityAir viscosity μColumn Diameter D로 표시할 수가 있다.실험에 쓰이는 무차원 수의 종류로 3가지가 나오는데 각각의 식은 다음과 같이 표시할 수가 있다.위 실험의 데이터 값을 구하기 위해서 NSh 를 이용하는데 NSc의 차이에 따라 각식을 대입한다.(일반적인 경우)( 0.6 < 2.5 )( 430 < 105 )3. 유효경막내 분자 확산CA0와 CAL은 습도계로 측정한다. 물질전달로 나중 총 전달된 물의 양을 구한다.kC를 가정하여 x=L에서 이렇게 구한 CAL과 측정한 CAL를 비교한다.만약 CAL이 크면 가정을 너무 크게 한 것이기에 kC를 수정한다. (실험적으로 구한 다.) → 적분법 CA를 구할 수 있다.JA2=kC(CAL-CA1)JA1=kC(CAL-CA0)kC가정치를 사용 CAL은 실험온도에서의 상대습도 100%로 CA0를 측정하여 JA1을 계산할수 있다.단위비교 :여기서 CAL을 계산할 수 있다.4. 기체흡수(Gas Absorption)기체의 흡수는 기체와 outlet pot에 고정시킨다.②실험방법1.작동순서에 따라 장치를 Setup한다.2.Air pump에 전원을 넣어 공기의 유량을 2000ml/min을 유지시킨다.3.DO Meter에 전원을 넣어 탑 상부(Water Inlet)의 용존 산소 농도를 측정한다.?주의, DO Meter의 Sensor는 액체에 잠겨있어야 한다.(이때 탈산 과정을 거치는 물의 용존 산소는 대개 10% 이하로 떨어져 있게 된다.)4.물이 wetter wall column의 상부로부터 하부로 떨어질 때, 벽 전체로 균일하게 흘러내리 는지 확인한다.?주의, 균일하게 흐르지 않으면 제공된 긴 Brush로 벽면을 세척한 후 실험에 들어간다.5.일정시간(약 5분)이 지난 후 탑 하부(Water outlet)의 용존 산소농도를 측정한다.? 물의 유속을 200, 300, 400ml/min으로 변화시켜 가며 실험을 한다.? 공기의 유속을 2000, 4000, 6000ml/min으로 변화시켜 가며 실험을 한다.Ⅷ. Result(1) Result* 실험조건배경습도 = 90%기압 = 1atm온도 = 19.1℃탑의 직경(D) = 3.2㎝탑의 높이 = 67.2㎝(2) 분석에 사용한 공식by Grlliland and Sherwood (Wetted wall column)other reference for avove eqation : Am. Inst. Chem. J., 2, 437(1956)여기서,위 식들에서 실험을 통하여과간의 power-law 관계를 구할 수 있으며 이것을 위의 식과 비교하면 그 결과 다음의식을 얻을 수 있다.kL = Liquid film mass transfer coefficient [m/s]j = Change in concentration of oxygen in the water passing through the column × Volumetric flow rate of water [mole/s]A = Area for mass transfer [㎡]= Log mean concentratconcentration of oxygen in the water passing through the column × Volumetric flow rate of water [mole/s]공기유속(㎖/min)물유속(㎖/min)200040006000j factor(㎧)j factor(㎧)j factor(㎧)2001.689 × 10-61.830 × 10-61.826 × 10-63002.334 × 10-62.578 × 10-62.567 × 10-64002.748 × 10-63.122 × 10-63.082 × 10-6④ Area for mass transfer [㎡]Mass transfer가 일어나는 면적은 column의 안쪽 면적이므로= 0.0676㎡⑤ Log mean concentration difference [mole/L],공기유속(㎖/min)물유속(㎖/min)200040006000(mole/L)(mole/L)(mole/L)2004.834 × 10-64.932 × 10-65.136 × 10-63005.397 × 10-65.233 × 10-66.145 × 10-64005.462 × 10-65.531 × 10-66.404 × 10-6- At 공기유속=2000㎖/min, 물유속=200㎖/min= 4.834 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=2000㎖/min, 물유속=300㎖/min= 5.397 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=2000㎖/min, 물유속=400㎖/min= 5.462 × 10-6 [mole/L]--------------------------------------------------------------------------------------------------------- At 공기유속=4000㎖/min, 물유속=200㎖/min= 4.932 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=4000㎖/min, 물유속=300㎖/min= 5.233 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=4000㎖/min, 물유속=400㎖/min0-3 [m/s]- At 공기유속=4000㎖/min, 물유속=300㎖/min= 7.289 × 10-3 [m/s]- At 공기유속=4000㎖/min, 물유속=400㎖/min= 8.350 × 10-3 [m/s]-------------------------------------------------------------------- At 공기유속=6000㎖/min, 물유속=200㎖/min= 5.260 × 10-3 [m/s]- At 공기유속=6000㎖/min, 물유속=300㎖/min= 6.180 × 10-3 [m/s]- At 공기유속=6000㎖/min, 물유속=400㎖/min= 7.120 × 10-3 [m/s]Ⅶ. Discussion & Conclusion물질 전달 상수를 측정하기 위해서 Wetted wall column을 이용하였다. 물질로는 물과 공기를 이용하였는데, 두 물질을 향류로 접촉시키면서 공기 중의 산소가 물로 전달(용해)되는 정도를 측정하였다. 이를 측정하기 위하여 산소를 제거한 물의 산소 함유량(ppm)을 측정하고, 이 물을 공기와 향류로 지나가게 한 후의 산소 함유량(ppm)을 다시 측정하였다. 그리고 이 실험값들을 Gilliland Sherwood 식과 Sc, Re 등을 이용하여 계산하였다. 그 결과 물질전달계수의 평균값으로 6.522×10-3[m/s]을 얻을 수 있었다.물 유속(ml/min)실험 조건에 따르면 공기의 유속과 물의 유속을 변수로 하였지만 온도, solute의 반경, 매질의 점도, 압력, 분자량 등이 모두 일정하였다. 물의 유속이나 공기의 유속을 증가시키면서 물질의 농도나 압력의 미세한 변화가 있을 수도 있겠지만 매우 작은 무시 가능한 값일 것이다. 그러므로 물질전달계수가 증가한 것은 공기나 물의 유속이 증가하면서 두 물질 간에 접촉하는 시간이 길어짐에 따라 물질전달이 더 많이 된 것으로 추측된다.먼저 물질전달계수와 공기유속과의 관계를 보면, 물 유속이 일정할 때 공기유속이 증가할수록 물질전달계수가 증가하는 경향을 나타낸다. 그리고 .

공학/기술| 2012.06.16| 13페이지| 2,000원| 조회(171)

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