기계공학 응용실험 - 대류 열전달 실험

1. 실험 목적

대류 열전달은 표면적에 비례한다는 사실을 실험을 통해 알아보는데 있다. 휜이 있을 때와 없을때 가가 대류 열전달 계수를 구해보고 대류 열전달에서 표면적의 증가 효과를 이해한다.

2. 실험 배경 이론

q = Q/A 단위 면적당 단위 시간에 공급된 열량[W/m2]
h = 대류 열전달 계수[W/m2]
= 고체 표면의 온도[℃]
= 유체의 온도[℃]
A = 열전달 면적[m2]

자연대류 열전달은 어떤 물체(body)가 그 자체의 온도보다 높거나 또는 낮은 온도 상태에 있는 정지상태의 유체내에 있을 때에 일어날 수 있다. 고체와 유체사이에 온도의 차이가 있으면 열전달이 일어나게 되고, 물체 표면 근처에 있는 유체는 온도 분포가 존재하고, 온도분포에 의한 밀도차이를 초래하게 된다. 이 밀도의 차이에 의하여 비중이 큰 유체는 하향(중력방향)으로 흐르는 반면에 비중이 낮은 유체는 상향으로 흐르게 된다. 온도 분포에 의한 밀도차이에 의하여 운동이 일어날 때 이러한 열전달 현상을 자연대류(natural convection)이라고 한다. 만약 유체의 운동이 펌프나 팬(fan)의 힘에 의해 일어날 때 강제 대류라 한다.
어떤 물체의 표면에서 유체와 대류 열전달은 열전달 면적의 증가로 향상되고 공기와 접촉하고 있는 표면에 휜(fin)과 같은 것을 부착하여 열전달 면적을 증가시킬 수 있다.

3. 실험 장치 및 방법
① Test model로 Vertical plate 혹은 Finned plate 등 (전기로 가열할 수 있는 장치로 되어 있는) test model을 선택하여 실험장치의 풍동 내부에 위치되도록 설치한다.
② Electrical heater power controller를 조정하여 heater에 일정한 양의 열량을 공급하고, 공급 열량의 값을 기록한다.
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