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Intro ......

 

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Index & Contents

이중관 열교환기의 특성 실험 Up

 

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[이중관 열교환기의 특성 실험]

 

? 실험 목적

 

열교환기의 가장 기본적인 이중관 열교환기를 이용해서 대수 평균 온도차의 개념을 이해하고 총합 열전달계수에 대해서 알아본다. 그리고 이중관 내의 온수와 냉수의 흐름의 방향을 병류와 향류로 바꿨을 때 열교환의 특성(유용도, 총합 열전달계수),을 비교하고 효율을 생각해 본다.

 

2. 기본 이론

 

오른쪽 그림은 병류와 향류를 나타내는 그림이다. 위쪽 그림에서 온수가 왼쪽에서 오른쪽으로 흘러가는 동안 냉수도 같은 방향으로 흘러가는 것을 볼 수 있다. 그리고 아래쪽의 그림은 반대로 온수와 냉수의 이동 방향이 서로 다른 것을 볼 수 있다. 병류는 입구에서 많은 양의 열이 냉수로 옮겨 가지만 출구로 갈수록 그 온도차가 작아져서 열전달양이 줄고 향류를 냉수와 온수의 어느정도의 온도차를 계속 유지하게 된다.

 

 

- 대수 평균 온도차법 (LMTD: Logarithmic Mean Temperature Difference)

 

열 교환기의 1차 측과 2차 측의 유체온도에 의해서 결정되는 평균온도차는 단순한 산술평균이 아니라 수식 속에 대수가 들어있어서 대수평균온도차라고 한다.

열교환기에서 관 벽을 통하여 전달되는 열량은 에너지 균형식을 적용하면 다음과 같다.

 

(하첨자 h와 c는 각각 뜨거운 유체와 찬 유체)

 

이므로..

 

 

 

∴ (U〓 총합열전달계수)

 

그리고, U는 총합열전달계수 혹은 열관류율이다.

양변을 1의 상태에서 2의 상태까지 적분하면

 

 

및 를 총 열전달 및 뜨거운 유체와 찬 유체 사이의 총 온도차로 표현하면

 

 

이를 대입하여 풀면

 

 

이고 이때 대수평균 온도차는

 

향류 교환기에서도 뜨거운 유체의 입구 측의 온도와 찬 유체의 출구 측의 온도와의 차를 (Th1-Tc1)으로 하고, 뜨거운 유체의 출구 측의 온도와 찬 유체의 입구 측의 온도와의 차를 (Th2-Tc2) 로 하면, 향류 열교환기에 대한 LMTD를 얻을 수 있다.

 

 

- 열교환기의 해석

 

이중관 열교환기에서는 작은 관의 내부에 온수가 흐르고 두 관 사이의 환상공간(annular space)에 냉수가 흐른다. 이때 온수가 잃은 열량과 냉수가 얻은 열량은 각각 다음과 같다.

온수가 잃은 열량 (입력) 〓 〔W〕

냉수가 얻은 열량 (출력) 〓 〔W〕

 

에너지손실 …(생략)

 

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