열전달(Heat Transfer)

2012년도 1학기(제 15주)

기계자동차공학부

박 승 운

제9장 열교환기(2) (Heat Exchanger)

제9장 열교환기

◈ 학습목표 o 열교환기의 해석방법(LMTD법, 유용도-NTU법)에 대한 이해

o 열교환기 선정방법

◈ 학습성과 o 열교환기에 대해 해석할 수 있어야 함.

o 열교환기의 선정방법을 숙지하여야 함.

강의 내용 및 순서

■ 대수평균 온도차법(LMTD법)

■ 유용도-NTU법

■ 열교환기의 선정

■ 종합요약

제9장 열교환기

제9장 열교환기

■ 대수평균 온도차(LMTD) 법

※ 고온 유체와 저온 유체의 입출구 온도를 알고 있거나 에너지 균형을 통해서

결정될 수 있는 경우에 적용

제9장 열교환기

■ 대수평균 온도차(LMTD) 법

제9장 열교환기

■ 대수평균 온도차(LMTD) 법

◈ 평행류와 다향류 열교환기

제9장 열교환기

■ 대수평균 온도차(LMTD) 법

◈ 대향류 열교환기

제9장 열교환기

■ 대수평균 온도차(LMTD) 법

◈ 다통로 및 직교류 열교환기 : 수정계수의 사용

제9장 열교환기

■ 대수평균 온도차(LMTD) 법

◈ 다통로 및 직교류 열교환기 : 수정계수의 사용

제9장 열교환기

■ 유용도-NTU 법

※ 고온 유체와 저온 유체의 출구 온도를 모르는 경우에도 유용도 ε과 NTU 관계식으로부터

NTU를 구하면, 쉽게 열전달률을 얻을 수 있음.

제9장 열교환기

■ 유용도-NTU 법

※ 유용도 : 흐름의 배열, 열교환기의 기하학적 형상에 의존

▶ 이중관 평행류 열교환기에 대한 유용도

제9장 열교환기

■ 유용도-NTU 법

▶ 이중관 평행류 열교환기에 대한 유용도

제9장 열교환기

■ 유용도-NTU 법

▶ 이중관 평행류 열교환기에 대한 유용도

제9장 열교환기

■ 유용도-NTU 법

▶ 용량률(capacity ratio), c

제9장 열교환기

■ 유용도-NTU 법

▶ 용량률(capacity ratio), c

제9장 열교환기

■ 유용도-NTU 법

▶ 유용도의 관찰 결과

1. 유용도값 범위 : 0 ~ 1

- NTU <1.5 : NTU 값에 따라 급격히 증가.

- NTU > 3 : NTU 값에 따라 서서히 증가.

2. 주어진 NTU와 용량률 c = Cmin / Cmax 에 대해서, 유용도가 높은 순서는:

- 대항류 > 두 유체가 모두 비혼합 직교류 > 평행류

3. NTU < 0.3일 경우 ; 유용도는 용량률 c와 무관.

4. 용량률 c의 값 범위 : 0 ~ 1,

※주어진 NTU에 대해

- c = 1 일때 ; 유용도 최소

- c = 0 일때 ; 유용도 최대

제9장 열교환기

■ 열교환기의 선정

▶ 열교환기의 적절한 선정 인자

o 열전달률 : 규정을 수행할 열전달 능력

o 경비 : 제작 또는 획득 비용

o 펌프 동력 :

- 전형적인 유체의 속도 : 액체 ; 0.7 ~ 7 [m/s], 기체 ; 3 ~ 30 [m/s]

o 크기와 무게 : 작고 가벼울 수록 좋음.

o 형식 : 유체의 형태, 크기와 무게의 제한, 상변화 과정의 존재 유무 등에 의존.

o 재료 :

- 압력 > 70 기압, 온도 > 550 ℃ 인 경우 주된 고려대상

- 관과 각 사이의 온도차가 50℃ 이상인 경우 : 차등 열팽창 문제 야기 가능

o 기타사항 :

- 관의 누설, 서비스의 용이성, 운전비용, 안전성, 신뢰성, 소음 등

제9장 열교환기

▣ 종합요약

▶ 열교환기의 해석

o LMTD법

제9장 열교환기

▣ 종합요약

▶ 열교환기 해석

o 유용도 - NTU법

◈ 목표성과가 달성되었습니까?

- 미흡한 경우, 각 장 예제 및 심화문제풀이 반복학습 필요!

감사합니다.