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기계공학 응용실험 - 열전달 실험
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기계공학 응용실험
열전달 실험
A. 전도 열전달 실험
1. 실험목적
고체를 통한 열전달은 물질의 특성에 따라 성능이 달라진다. 이는 열을 전달시키는 물체의 능력이 각기 다르기 때문이다. 이러한 능력을 나타낸 지표가 열전도계수(thermal conductivity)이다. 벽돌이나 스티로폼 같이 열전도계수가 작은 물질은 단열재로 쓰이며, 구리 혹은 다이아몬드와 같이 열전도계수가 큰 물질은 열확산체로 사용된다. 열전도계수는 물질의 고유한 특성값으로서, 열전달이 수반하는 기기의 설계 시 중요한 인자이다. 본 실험에서는 열이 1차원 정상상태 조건하에서 열확산에 의하여 전도 열전달되는 실험 과정을 수행하여 전도 열전달 현상을 이해하고, 이 현상을 해석하는 데 가장 중요한 변수인 열전도계수를 이해한다.
2. 실험내용
막대 형태의 금속 시료를 고온부와 저온부 사이에 설치하여 전도 열전달이 일언도록 한다. 시료 주위는 단열재로 둘러싸여 있으므로 길이 방향으로만 열전도가 일어난다. 이는 1차원 열전도이므로 시료에서의 온도분포를 측정하면 거리에 따른 온도분포가 선형적으로 나타나게 된다. 이 데이터를 이용하여 열전도 방정식을 풀어 열전도계수를 계산한다.
3. 이론적 배경
1차원 전도 열전달에서 열에너지의 전달 방향은 한 방향이며, 이때 온도구배는 단지 하나의 좌표 방향으로만 존재하고 열전달은 그 방향으로만 일어난다. 공간의 각 점에서 온도분포가 시간에 따라서 변화하지 아니하고 일정하다면, 그 시스템을 정상상태(steady-state)라 한다.
재료 내부에서 열발생이 없고 일정한 열전도율을 가지는 1차원 정상상태 전도에서 재료 내부의 온도는 열이 전달되는 방향으로 선형적으로 분포한다. 전도에 의하여 전달되는 열량(Q)은 그 물질의 열전달 면적(A)에 비례하고 온도차이()에 비례하며, 온도 차이에 해당하는 거리()에 반비례한다. 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.
,
여기서, Q: 공급 열량[W]
A: 열전달 면적[]
T: 온도[]
k: 열전도계수[W/m]
.... |
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2013.08.06
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