3.열전대(Thermocouple) 데이터를 통한 온도분포
3.1 열전대를 이용한 온도분포 그래프
실험에서 Fin의 16부분에 등간격으로 thermocouple을 설치하였고 5분 간격으로 온도데이터를 수집하였다. 따라서 핀을 1차원으로 가정하고 시간의 변화에 따른 온도를 측정할 수 있었고 그 결과는 아래와 같다.
측정에
2.2. Steady-state(75분)의 온도분포
2.2.1. 열전대로 측정한 핀의 높이에 따른 온도분포
75분에서 측정된 16개의 열전대 중 5번과 7번 탭의 측정값이 비현실적으로 나타나 이에 해당하는 값을 해당 탭 전후의 측정값으로 선형보간하여 대체하고, 높이에 따른 Fin의 온도분포를 나타내면 다음과 같다.
[그
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, 미소 체적을 통해 들어오는 전도열, 와, 미소 체적을 통해
분포했는지는 TLC가 건조되면서 보이는 색깔변화를 통해서 알 수 있는데 실험 시 1차 시도에서 TLC가 고르게 분포하지 못하여 아세톤으로 지운 후 다시 뿌렸다.
2) Thermocouple Welding
<그림 2> Thermocouple Welding 방법
실험에서 사용하는 열전대는 고온의 온도를 측정하는 것이 아니므로 저온 측정용 열
(9)
로 정의하면 (8), (9)에 의해
where ---------- (10)
경계조건을
Fin 끝에서의 대류 조건을 적용하면
---------- (12)
로 하여 (10)의 2계 제차 선형 미분방정식을 풀면 그 해는,
---------- (13)
따라서 1-D에서 Fin의 길이에 따른 온도분포식을 구해보면,
----- (14)
온도 (C)');
2. Finite Differential Method(FDM)을 이용한 2차원 온도분포
1차원으로 가정하여 얻은 결과값이 타당한지 알아보기 위해 FDM을 이용한 2차원 온도분포를 구하여 그 값을 비교하여 보겠다.
2.1. Finite Differential Method란
Finite Differential Method(유한 차분법)는 2차원
TLC로 측정한 온도분포는 파란 선이고 이론적인 온도분포는 빨간 선인데 두 선은 큰 차이를 보인다. 선형적으로 감소하는 붉은 선에 비해 TLC에 의해 측정된 온도분포는 큰 폭으로 변화를 보인다. -100도에서 80도까지의 큰 변화폭을 보이는데 이는 상식적으로 생각했을 때 가능하지 않은 일이다. 하지만 TL
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 계
1. 수치 해석
◉ Note
이번 실험에서 Fin은 2차원 형상인 Thin Rectangular Fin이다. 하지만 두께가 넓이에 비하여 매우 얇고 기부의 열원이 평행하게 작용한다고 가정하면 온도의 분포는 1차원으로 생각할 수 있다. 이 때 2차원 Fin을 1차원으로 가정할 수 있는 근거를 FDM을 이용하여 2차원 수치해석으로
.
FDM의 결과는 1-D iteration = 100000, 2-D iteration = 20000을 행한 후의 데이터·이다. 1-D의 경우 순전히 numerical한 방법으로 구한 것인데 반해, 2-D의 경우 시간이 너무 오래 걸려 야코비안 법을 사용해 임의 온도를 30°C(= 303.15K)로 설정해서 MATLAB을 실행하였다.
h(convection coefficient) 값의 경우 주어진 데이터