03 이중괿� 열교환기에서의 열전달

Ⅰ. 서론
이중괿� 열교환기를 통해서 내관으로는 코일을 통해 가열한 뜨거운 물을, 외관으로는 차가운 물을 흘려주면 뜨거운 물과 차가운 물 사이에서의 온도구배에 의해서 열전달이 발생하게 된다. 이 때의 열전달은, 물에서의 대류왿� 함께 내관 벽에서의 전도가 함께 일어나는 복합적인 과정 으로 발생한다.

이 때 외관과 내관에서의 물을 흘려주는 방식을 향류 (Countercurrent)로 흘려주느냐, 병류 (Cocurrent)로 흘려주느냐에 따라서 온도구배가 달라지기 때문에 총괄 열전달 계수가 달라지게 된다. 또한 열전달 면적을 내관의 안쪽 표면적으로 잡느냐, 바깥쪽 표면적으로 잡느냐에 따라서도 총괄 열전달 계수가 바뀌게 된다.

따라서, 물의 흐름이 향류왿� 병류일 때 내벽 기준에서의 총괄 열전달 계수왿� 외벽 기준에서의 총괄 열전달 계수를 모두 실험을 통해 구해보았다. 또한 물이 난류로 흐를 때에 Nu를 Pr과 Re에 대한 관계식으로 나타낼 수 있는데, 실험을 통해서 Pr과 Re를 얻어서 이 관계식을 집적 나타내보았다.

Ⅱ. 이론
열전도 현상에서는 Fourier’s Law라는 대표적인 식을 이용해서 열전달을 나태낸다.

= 열전달 속도 [ J / s ]
= 열전달 면적 [ ]
= 열전달 계수 [ J / m s K]

관벽에서의 열전달 속도를 나타내기 위해서, Differential을 적분해서 Δ 단위로 바꿀 수 있다. Fourier’s Law을 위치왿� 온도에 대해서 적분하면 식은 아래왿� 같아진다.

Twi = 내관 안쪽의 벽 온도 [ ℃ ]
Two = 내관 바깥쪽의 벽 온도 [ ℃ ]
x = 벽의 두께 [ m ]

이 때, 열전도가 발생하는 벽은 원형 관이므로 열전달 면적이 계속해서 변하게 된다. 따라서 이 때의 열전달 면적은, 열전도 시작점인 내관의 내경 기준 면적과 열전도 끝점임 외경 기준 면적의 로그평균값을 이용한다.