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
2012.04.12
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