화학공학실험 | 열전도도

 

 

 

TIP

 

 

1. Fourier 열전도 법칙을 응용하여 미지 물체의 열전도도를 구한다.
2. 온도의 측정과 기본 법칙에 의거한 온도 분포의 해석으로 열전도 현상을 체득하고, 기준통(구리 실린더형) 사이에 부착된 시편의 열전도도를 측정하고 시편의 재원을 알아본다.

 

 

 

열전달이과 열전도율(열전도도)

물체 사이의 온도차에 의하여 일어나는 에너지 유동을 말한다. 이런 열전달 프로세스에는 전도(conduction), 대류(convection), 복사(radiation) 의 세 가지가 있다. 이러한 열전달 프로세스에는 물질의 성질을 나타내는 각각의 프로세스에 대한 물성치인 열전달 계수(heat transfer coefficient) 가 있다.

 

고체내의 두 점 사이의 온도차가 존재할 때 열은 높은 온도에서 낮은 온도로 흐르며 이 현상을 열전도라 한다. 이 때 단위 면적당 열전달률은 면적에 수직한 방향의 온도구배에 비례하며 그 비례 상수를 열전도율(thermal conductivity) 라 한다.

 

본 실험은 각각 시편의 열전도율를 측정하여 실험치와 이론치를 비교하고 Fourier 법칙을 이해하며 또한 전도의 특성에 대하여 생각해보는 계기를 가짐으로써 일상생활에서 많은 영향을 미치는 전도의 특성과 열전도율를 구함으로써 열전도율이 열전도에 미치는 영향을 관찰하는 것을 목적으로 한다.

 

 

전도의 개념과 기본 방정식

고체내의 온도분포는 열전도방정식을 적절한 경계조건과 초기조건을 적용하여 풀어서 결정할 수 있다. 평판, 직사각형 또는 직육면체의 모양을 가진 물체를 열적 해석을 할 때에는 직교좌표계로 주어진 열전도 방정식이 필요하고, 원통이나 구의 모양을 한 물체의 열전도해석에서는 열전도방정식이 각각 원통좌표계와 구좌표계로 주어져야 한다.

 

본 절에서는 1차원, 비정상 열전도방정식을 직교, 원통 및 구좌표계로 유도한다. 이러한 유도는 열전도방정식에서 각각의 항의 물리적 의미를 이해하는 데 용이하다. 온도 T(x, t)가 시간과 한 방향, 즉 x방향에 따라 온도가 변할 때 Fourier법칙에 따라 x축 방향으로 열이 흐른다.

 

 

일정한 두께(△X)의 벽면을 통하여 열이 전달되고 있을 때, 열전달 프로세서는 적당한 비율 방정식으로 정량화 하는 것이 가능하며 이 방정식을 단위 시간당 전달된 에너지양을 계산하는데 사용할 수 있다. 전도 열전달은 다음과 같이 비례한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 표준형 원관 내에 시편을 고정한다.

 

2) 밸브를 열고 다른 밸브는 잠근 채 head tank에 물을 공급한다. head tank가 over flow 할 때 다른 밸브를 열고 일정한 양의 냉각수가 흘러가는 것을 확인한다.

 

3) 온도를 80℃로 올린 후 정상상태에 도달할 때까지 일정시간 동안 기다린다.

 

4) 8개의 노드에서 온도 측정를 측정한다.

 

5) 온도 100℃에서 실험을 반복한다.

 

 

 

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