【열전달】 6강. 강제 대류계

6강. 강제 대류계(forced convection)

 

추천글 : 【열전달】 열전달 목차

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1. 개요 [본문]

2. 미발달 상태(developing state)와 발달 상태(fully developed state) [본문]

3. Nu의 실험적 관계식 [본문]

4. 부록 [본문]

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1. 개요 [목차]

⑴ 관을 통과하는 유체의 열전달에 대해 다룬다.

 

 

2. 미발달 상태(developing state)와 발달 상태(fully developed state) [목차]

⑴ hydrodynamic entrance region(원형 관)

 

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Figure. 1. 미발달 상태와 발달 상태^]

 

출처 : White Frank M., Fluid Mechanics, McGraw-Hill Education, 7th edition, February, 2010, ISBN: 978-0077422417

Figure. 2. 미발달 상태와 발달 상태^]

 

① 관을 통과하기 시작한 유체는 관 표면과의 마찰로 인해 그 속도가 줄어든다.

② 질량의 연속방정식에 의해, 표면의 줄어든 속도로 인해 중심의 속도가 증가한다.

 

 

③ 유체가 발달 상태에 이르게 되면 압력의 변화가 선형적이다. (by 대칭성)

○ 베르누이 방정식에 따르면 압력의 변화는 운동 에너지 변화의 음의 변화이다.

④ 유체가 발달 상태에 이르게 되면 표면 마찰 계수(C_f )가 일정해 진다. (by 대칭성)

○ Δu는 일정(0.99 u_∞)한데, Δy는 증가하므로 C_f는 감소함수이다.

 

 

⑤ hydrodynamic entry length

○ 층류에서의 실험적 관계식

 

 

○ 난류에서의 실험적 관계식

 

 

⑥ L/D가 50 ~ 60보다 크면(즉, 충분히 길면), 전 구간을 발달 상태로 가정해도 크게 문제가 없다.

⑵ 원형 관 (thermal entrance region)

 

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Figure. 3. 원형 관

 

① 속도 관계식과 온도 관계식은 서로 유사함을 주목 (ref)

② 유체가 발달 상태에 이르게 되면 열전달 계수(h)이 일정해진다. (by 대칭성)

○ ΔT는 일정(0.99 (T_w - T_in) + T_in)한데, Δy는 증가하므로 h는 감소함수이다.

○ T_in은 T_∞, T_b으로도 나타낸다. 

 

 

③ thermal entry length

○ 층류에서의 실험적 관계식

 

 

○ 난류에서의 실험적 관계식

 

 

④  L/D가 50 ~ 60보다 크면(즉, 충분히 길면), 전 구간을 발달 상태로 가정해도 크게 문제가 없다.

⑶ 비원형 관 : 다음 값으로 대체한다.

 

 

 

3. Nu의 실험적 관계식 [목차]

⑴ 모든 식은 발달 상태(fully developed)에 대한 식이다.

⑵ 제안식 1

 

 

⑶ 제안식 2

 

 

⑷ 제안식 3

 

 

⑸ 제안식 4

 

 

⑹ 제안식 5

 

 

⑺ 제안식 6

 

 

⑻ 제안식 7

 

 

⑼ 제안식 8

① friction factor

○ 상대 조도(relative roughness)

 

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Figure. 4. 상대 조도^]

 

○ 제안식 (1)

 

 

○ 제안식 (2)

 

 

② 제안식 8

 

 

③ 관련 analogy

 

 

 

4. 부록 [목차]

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Figure. 5. 기타

 

입력: 2016.05.31 16:38