평판에서 열전달과 물질전달의 상사성 실험을 위한 물질전달 실험 및 장비 개발 :Mass transfer experiment and development of equipment for heat and mass transfer analogy on a flat plate

서종범

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자료유형: 학위논문

저자정보: 서종범 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 한상조

발행연도: 2015

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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2015

평판에서 열전달과 물질전달의 상사성 실험을 위한 물질전달 실험 및 장비 개발

서종범 기계공학과 2015.01 학위논문

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본 연구에서는 열물질 전달의 상사성 관계를 증명하기 위한 열전달과 물질전달 실험 장비 구축과 물질전달 측정용 장비의 성능 시험과 물질전달 실험이 수행되었다. 본 연구를 통하여 열전달과 물질전달의 상사성에 대한 실험의 기초가 되는 평판에서 열 및 물질전달 실험을 수행할 수 있는 장비들을 개발하였다. 개발한 장비를 이용해 물질전달 실험을 위한 변위, 온도 측정 교정 실험 및 경계층 측정 실험과 나프탈렌 승화 실험을 수행하였다. 측정된 온도는 수은온도계와 약 0.5°C의 오차를 갖으며, 변위 값은 게이지 블록과 0.7%의 오차를 갖는다. 경계층 측정을 통해 64.65cm의 virtual origin 값을 얻었다. 자연대류에 의한 승화량과 풍동을 이용한 물질전달 실험이 수행되었으나, LVDT와 노이즈, 물성 값 계산에 관련된 오차들이 큰 것이 발견되었고, 추후에 다시 보정할 예정이다. 물질전달 실험 장비와 열전달 실험을 위해 개발된 장비들은 모두 작동 상태를 확인했고, 차후에 열전달용 실험 장비의 성능시험 수행과 물질전달 재 실험을 통해 analogy factor를 구할 예정이다.

#heat transfer #mass transfer #Reynolds analogy

I. 서 론 1
1. 연구배경 및 목적 1
2. 선행 연구 1
1) 열전달에 관한 연구 1
2) 열 및 물질전달의 상사성 관련 연구 2
3. 기초 이론(Basic theory) 3
1) 열전달과 물질전달의 상사성(The heat and mass transfer analogy) 3
2) 나프탈렌 승화 기법(Naphthalene sublimation technique) 5
3) 평판에서의 물질전달(Mass transfer on a flat plate) 7
4) 열경계층 측정 방법(Thermal boundary layer measurement technique) 8
II. 실험 시설 및 장비 개발 11
1. 실험 시설(Experimental facilities) 11
1) 풍동(Wind tunnel) 11
2) Test section 11
2. 열전달 실험용 평판(Flat plate for heat transfer experiment) 12
3. 물질전달 실험용 평판(Flat plate for mass transfer experiment) 12
4. 데이터 수집 체계(Data acquisition system) 13
1) 경계층 측정용 열전대(Thermocouple for boundary layer) 13
2) XY 2축 측정 장비 (XY-data measurement system) 14
3) 3축 측정 장비(3 axis measurement system) 15
4) 압력측정(Pressure measurement) 15
5. 온도 제어 체계(Temperature control system) 16
1) Digital power supply 16
2) PI control algorithm 17
III. 장비 성능 실험(Performance Experiment) 40
1. 장비 교정(Calibration) 40
1) 열전대(Thermocouple) 40
2) LVDT(The linear variable differential transformer) 42
2. 경계층 측정(Boundary layer measurement) 43
IV. 실험 절차(Experiment Procedure) 49
1. 나프탈렌 주조 49
2. 풍동 실험 전 나프탈렌 표면 측정 50
3. 풍동 실험 50
4. 풍동 실험 후 나프탈렌 표면 측정 51
5. 물질전달 계수의 계산 51
V. 실험 결과(Result) 53
1. 물질전달 실험 결과 53
VI. 결 론(Conclusion) 56
참고문헌 57
영문초록(Abstract) 59
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