(A+만점레포트)[화공생물공학단위조작실험2] 1.이중관열교환기(예비)

1. 실험 목표
이중관 열교환기의 원리를 학습하고 조작방법을 익힘으로써 에너지 수지, 향류 및 병류 흐름에 대한 온도 분포, 유속과 열전달 속도왿�의 관계, 열교환기의 유효도에 관하여 이해한다.

2. 실험 원리
2.1. 이중관 열교환기
화학공학 공정에서는 뜨거운 유체왿� 찬 유체가 고체 벽으로 분리되어 있는 열교환 장치를 쉽 게 볼 수 있다. 열전달 장치의 전형적인 예로 그림 1과 같은 이중관 열교환기(double-pipe heat exchanger)를 들 수 있다. 열교환기의 기능은 찬 유체의 온도를 상승시키고, 뜨거운 유체의 온도를 강하시키는 것이다. 이때 유체의 열흐름은 전도왿� 대류에 의하여 전달된다.

2.2. 향류(countercurrent) 및 병류(parallel-current) 흐름
교환기의 양쪽 끝에서 두 유체가 들어가 그 장치 내에서 서로 반대 방향으로 통과될 경우, 이왿� 같은 흐름 형태를 향류 (맞흐름, counterflow or countercurrent flow)라 한다. 이에 대한 온도-거리 곡선은 그림 2(a)왿� 같다. 유체가 가열되거나 또는 냉각될 때, 그 온도는 그 흐름의 단면적에 걸쳐 변하게 된다. 혼합 유체의 온도를 평균내어 평균 흐름 온도(average stream temperature) 또는 혼합 용기 흐름 온도 (mixing-cup stream temperature)라 한다. 그림 2에 도시된 온도가 모두 평균 흐름 온도이다.

향류에서 접근단(approach)은 식 1, 2왿� 같으며, 더운 유체왿� 찬 유체의 범위는 각각 T_ha-T_cb왿� T_cb-T_ca이다. 두 유체가 교환기의 같은 끝 부분에서 들어가고, 그 흐름이 같은 방향이면 그 흐름은 병류 (parallel)라 하며, 병류에서의 접근단식은 식 3, 4왿� 같다.

2.3. 에너지 수지
일반적으로 열교환기 내에서 축일(shaft-work), 기계적 에너지, 위치 에너지, 운동 에너지 등의 변화는 없다고 가정