1. Plot the 1-D temperature profile with analytical solution
(temperature vs fin length)
1) Analytical Solution
Fin의 미소면적에 대해 대류에 의한 열의 손실을 고려하여 열전달식을 세워 보면,
---------- (1)
한편 미소변화량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
---------- (2)
(1), (2)에서
---------- (3)
Four
Method)
즉, 하나의 Element에서 열의 교환과 출입의 합은 0에 해당한다. 이로부터 각 질점의 위치에 따라 Energy Balance Method를 적용해보면 다음의 3가지 경우로 일반화 될 수 있다.
△x=△y일 때의 유한차분 방정식
배열
(내부절점)
(대류조건하의 평면에 있는 절점)
(대류조건하의 외부 모퉁이에
(4) FDM으로 얻은 data의 Temperature profile
clear all
close all
T_fin = 28.8;
T_b = 34.8;
T_inf = 19;
k = 401;
h = 3.4752;
dx = 0.002;
d = 0.002;
A = eye(3750);
B = zeros(3750,1);
C = zeros(3750,1);
T = zeros(150,50);
for i=1:1:25
B(i,1) = T_fin;
end
for i=3726:1:3750
B(i,1) = T_b;
end
for i=26:1:3725
A(i,i-25) = d;
A(i,i-1) = d;
A(i,i) = -4*d
profile with analytical solution
(temperature vs fin length)
Fin의 경우, 대류에 의한 열의 손실이 일어나기 때문에 Heat flux가 일정하지 않다. 그러므로 열의 손실을 고려한 방정식을 세워야 한다. 그리고 폭 방향으로는 온도가 일정해 오직 길이 방향으로만 Heat flux가 존재하는 1-D로 생각한다.
Assumption
1) St
Plot the 1-D temperature profile with analytical solution
(temperature vs fin length)
Fin의 경우, 대류에 의한 열의 손실이 일어나기 때문에 Heat flux가 일정하지 않다. 그러므로 열의 손실을 고려한 방정식을 세워야 한다. 그리고 폭 방향으로는 온도가 일정해 오직 길이 방향으로만 Heat flux가 존재하는 1-D로 생각한다.
Method(FDM) 분석에서의 dx, dy size와 동일하므로 따라서 수치해석레포트 manual에 나와 있는 정보를 사용하였다. 실험 매뉴얼의 Fin 제원 정보를 통해서도 확인 가능하다.
온도 실험에 사용한 Fin은 Pure Copper로 이루어진 Thin Rectangular Fin으로써 2차원 형상을 가지고 있다. 이번 실험에서는 Fin의 가열 과정에서
method로 분석할 수 있다.
(steady state)
1차원 시스템에서는 온도구배가 한 좌표축에서만 존재하고, 열전달은 그 방향으로만 일어난다. 이번 실험에서는 내부에너지 발생이 없는 정상상태 (steady state) 열전달을 가정하고, Fin에서 나타난 온도분포를 관찰한다. Fin의 미소요소에 대해 에너지 발생이 없고,
Method(FDM)
a) 내부에 위치한 node
그림 . 내부에 위치한 node
내부에 위치하므로 네 면에서 모두 conduction이 일어나는데 이때 Temperature profile이 linear하다고 가정하면,이다.
y축 방향에 대해서도 위와 같이 계산하고 값을 대입하면
이다. 가정에서, Grid size는 dx=dy=0.002m이므로 위의 식을 정리하면
profile with analytical solution
위 식에 필요한 값들을 대입하여 식을 나타낸다.
이 때 조교님께서 보내주신 데이터에서 101, 110, 113, 116번 채널의 값이 심하게 오류가 났기 때문에 이를 제외하였으며 106의 값 또한 값이 많이 튀었다. 따라서 이 채널들의 값은 주위 채널의 값을 통해 선형적이라 가정하여 보
1. Plot the 1-D temperature profile with analytical solution
(temperature vs fin length)
1) Analytical Solution
Fin의 미소면적에 대해 대류에 의한 열의 손실을 고려하여 열전달식을 세워 보면,
---------- (1)
한편 미소변화량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
---------- (2)
(1), (2)에서