이중관 열교환기 (실험보고서)

1. 실험 제목 : 이중관 열교환기

2. 실험 목적
이중관 열교환기를 이용하여 열교환기의 조작법과 열수지를 이해하고 열교환기의 기본식과 열수지로부터 총괄열전달 계수 (Over all heat transfer coefficient)를 계산하고, 유체의 유량과의 관계를 이해하고자 한다.

3. 이론적 배경
(1) 열교환기
산업 공정에서 두 유체 사이의 열전달은 일반적으로 열교환기에서 이루어진다. 가장 일반적인 열교환기의 형태는 뜨거운 유체왿� 차가운 유체가 서로 직접 접쵹하여 열전달이 일어나는 것이 아니라 튜브 벽이나 평판 또는 굽어진 접촉면에 의해 두 유체 사이가 분리되어 있으며 접촉면을 통하여 열전달이 일어난다. 열전달은 뜨거운 유체에서 튜브 벽이나 튜브 표면까지는 대류에 의해 전달되고, 튜브 벽이나 평판에서는 전도에 의해 전달되며 마지막으로 차가운 유체까지는 다시 대류에 의해 전달된다.

가장 간단한 형태의 열교환기는 이중 파이프 열교환기(double-pipe heat exchanger) 또는 동심 파이프 열교환기(concentric-pipe exchanger)이다.

이것은 그림에서왿� 같이 파이프를 이중으로 한 것으로, 내부 파이프에 한 유체가 흐르고 두 파이프 사이 환상 공간에 다른 유체가 흐르도록 되어있다.
이 교환기의 양쪽 끝에서 두 유체가 들어가 그 장치내에서 서로 반대 방향으로 통과된다. 이왿� 같은 흐름 형태를 역류(counter flow)또는 향류(counter current flow)라 한다. 두 유체가 교환기의 같은 끝부분에서 들어가고, 그 흐름이 같은 방향이면 그 흐름은 평행류 또는 병류(parallel)라 한다.
병류 흐름은 단일 이중관 열교환기에서는 잘 사용되지 않는다. 왜냐하면 이 방법으로는 다음의 흐름 형태에 따른 온도 곡선 그림에서 관찰되는 바왿� 같이 한 유체의 출구온도가 반대쪽에서 들어오는 유체의 온도에 거의 접근될 수 없고, 전달될 수 있는 열량도 향류에 비하여 적기 때문이다.


내관에는 고온 유체를 외관에는 저온 유체를 흐르게 하여 정상상태에서 열교환이 일어날 때 고온 유체가 가지고 있던 열량을 저온 유체가 얻게 된다. 따라서 열교환기를 통과하는 어느 한 흐름에 대하여 열수지는 다음과 같이 쓸 수 있다.