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[기계항공공학실험] 온도실험 결과보고서

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레포트 > 공학계열
2009.04.24
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[기계항공 공학실험] fin을 사용한 열전달량 온도측정 실험

[기계항공공학실험] 온도실험

[기계항공실험] 온도실험

[공학실험] 온도측정실험-유한차분법, 열전대, TLC의 Hue 수치를 이용한 온도분포 비교

소개글

[기계항공공학실험] 온도실험 결과보고서에 대한 자료입니다.

1. Introduction

1.1. 실험 목적

1.2. 실험 순서

1.3. 실험 이론

2. 실험 데이터 정리

3. 실험 결과 및 논의

3.1 정상상태에서의 온도 측정 및 비교(Steady - State)

3.2 정상상태 도달하기 전의 온도 변화의 특성(Transient - State)

3.3. Fin Efficiency & Fin Effectivness

본문내용

1. Introduction

1.1 실험 목적

온도 측정 실험에서는 고체면의 열전달률(heat transfer rate)를 촉진시키기 위해 사용되는 방법 중의 하나인 fin을 사용한 열전달량을 살펴봄으로써 열전달 이론에 대한 실제적인 이해와 적용을 할 수 있도록 한다. 이를 위해 구리 fin과 온도에 따라 색상이 변하는 액정(TLC : Thermochromic Liquid Crystal), 그리고 열전대(Thermocouple)를 이용하여 온도를 측정하는 실험을 수행한다. 실험을 통해 열전대의 구성과 제작 과정을 이해해 TLC의 응용사례를 접해보고, Data logger를 사용해 Image processing과 Calibration 과정을 거쳐 수치해석을 통해 온도분포를 계산해보도록 한다. Fin에서의 온도 분포를 1차원 해석해와 2차원 해석해를 이용해 구해보고 이를 TLC와 열전대를 이용해 측정한 실제 Fin에서 나타나는 온도 분포와 비교해서 이론값과 실제의 차이를 살펴본다. 이 과정에서 TLC로 측정한 온도 분포를 알기 위해서 TLC의 Hue값을 이용해 온도를 구하는 방법에 대해 알아본다. 마지막으로 Fin의 effectiveness와 efficiency을 정량적으로 알아본다.

1.2 실험 순서

1. Ink & TLC Spraying
구리판 뒷면을 아세톤으로 세척해 이물질을 제거한 후 검정색 스프레이를 구리판에 고르게 뿌린다. 스프레이가 모두 마른 후 TLC를 고르게 뿌린다.
2. Thermocouple Welding
열전대를 사용하기 위해서는 회로를 구성하기 위한 구리선와 콘스탄탄선 끝을 아크용접을 통해 용접한다.
3. Equipment Setting . Connection & Arrangement
열전대를 잉크와 TLC가 뿌려진 면의 뒷면에 핀의 가장 위 끝단과 아래끝단을 포함하여 등간격으로 배열한 후 열전도성 접착제를 이용하여 부착한다.
4. Equipment Setting
열전대를 MUX에 연결한 후 Fin의 위치를 고정하고, Data logger의 제어 프로그램과 컴퓨터를 세팅한다. 그리고 HQI Lamp와 CCD 카메라를 사용해 영상을 찍을 준비를 마친다.
5. Experiment
가변 전압기의 전압을 조정해서 Fin에 열을 공급한 후, 준비된 소프트웨어를 이용하여 온도를 측정하고, CCD 카메라를 사용해 영상을 저장한다.

1.3 실험 이론

1.3.1 No heat generation or loss
열의 발생이나 손실이 없고, 단면적이 길이 에 따라 일정하기 때문에 geat flux는 일정하다. 따라서 다음의 미분방정식이 성립한다.

여기서 가 에 관계없는 상수라고 가정하면 는 다음과 같이 의 함수로 나타낼 수 있다.
, * Boundary conditions
따라서 다음의 간단한 열정도 방정식이 나온다.

1.3.2 With Heat loss caused by convection
Fin의 경우, 대류에 의한 열의 손실이 존재하기 때문에 위의 경우와는 달리 heat flux가 일정하지 못하다. 따라서 열의 손실을 고려한 방정식이 필요하다. Differential element를 고려하면 다음의 식이 성립한다.

참고문헌

Introduction to heat transfer / F.P. Incropera, D.P. Dewitt

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