전달공정 Transport Processes and unit operation

전달공정

Transport Processes and unit operation

제 4 장

열전달 - 비등 , 응축 , 열교환기

Tank

Hot High T Cold

Low T

Ch. 4 열전달 : 비등과 응축

1. 자연대류

2. 핵비등 (nucleate boiling): 큰 열대류계수 3. 전이비등 (transition boiling)

4. 경막비등 (film boiling)

1. 막상응축 (film condensation)

2. 적상응축 (dropwise condensation)

교재 291-300 쪽

4.8A 물의 비등 메카니즘

q/A [W/m²]

10⁴ 10⁵ 10⁶

교재 292 쪽

10 100 1000 T [K]

A B C D

자연대류 핵비등 전이비등 경막비등

열전달 계수 ( 대류계수 , h) 가 가장 큰 구역은 ?

공업용 증발공정에서는 주로 핵비등영역에서 조업됨 .

예제 4.8-1 핵비등영역에서 열전달계수 추정

교재 294 쪽

그림과 같이 115.6^oC 수증기로 물을 끊이고 있다 . 솥의 내경 , D_i=0.656m

높이 H=0.656m 이다 . 강철로 이루어진 솥의 열전도도 , k=16.27W/m/K 이고 두께  x=3.2mm 이다 . 수증기의 대류계수는 h_o=10.2 kW/m²/K 이다 .

솥내부 물에 대한 비등 열전달 계수 h_i=?, 단 , h_i=5.56(T_w-T_sat)³ 이다 .

D_i=0.656m

T UA

q  

2 2

1 . 69

2 rL r m

A     

H=0.656m

K T  115 . 6  100  15 . 6



h

k x h

U 1 1

1

0

 





T kA T

x T kA T

x T kA T

q _bottom ^{s w} _lm ^{s w s w}



 



 



 (  ) ( ) ( )

예제 4.8-1 핵비등영역에서 열전달계수 추정

교재 294 쪽

D_i=0.656m

H=0.656m

 

56 .

5

i

T T

h  

  _{( )}

1 1

1

sat s

i o

w

s

A T T

h k

x h

x T

kA T 

 



 



 

) (

) (

56 . 5

1 1

1

3

sat s

w s

o w

s A T T

T k T

x h

x T

kA T 

 

 

 



 

) ( 0

) (

) (

56 . 5

1 1

1

3

w sat

s w

s o

w

s T T f T

T k T

x h

x T

k T   

 

 

 



예제 4.8-1 핵비등영역에서 열전달계수 추정

교재 294 쪽

 

) (

) (

56 . 5

1 1

) 1 (

3

sat steam

sat w

o w

steam

w

T T

T k T

x h

x T k T

T

f 

 

 

 

 

4.9 열교환기

교재 300 쪽

1. 이중파이프 열교환기 : double-pipe heat exchanger 작은 유량에 유용

2. 다관형 열교환기 : shell and tube exchanger 이중파이프 형태가 여러 개 묶어있는 구조

1-2 또는 2-4 (shell-tube) 구조를 갖을 수 있다 . 3. 교차흐름 열교환기 : cross-flow heat exchanger

직각흐름의 두 유체 열교환기 공기조화 및 공간가열에 응용

4.9 열교환기

교재 300-302 쪽

4.9 열교환기

교재 256 쪽

대류 저항 전도 저항 대류 저항

외부 열손실

Tlm

U q  

1 2

1 2

ln T T

T T_lm T









 



o o lm

i o

i

i k A A h

r r

h A

U 1 ( ) 1

1

 

 



예제 4.9-1 열교환기 설계

문제 : 1-2 shell-tube 열교환기에서 2.52kg/s 의 물을 21^oC 에서 54^oC 로 가열 하고자 한다 . 뜨거운 수증기는 115^oC 에서 들어가서 49^oC 로 응축되어 나온다 . 이 열교환기의 총표면적은 9.3m² 이다 . 단 , 물의 열용량 cpw=4.

2kJ/kg/K 이다 . 로그평균온도차와 총괄열전달 계수 U₀ 는 ?

T

UA q  

kW T

c m

q   

 

 349 . 3

K T

T T

T_lm T 42.4 ln

1 2

1

2 









 



54

21 49 115

Distance, x

T₂=61K T₁=28K

K m

kW T

A U q

lm  0.886 2

 

교재 304-305 쪽

2004 년 9 월 5 일 화공기사시

• 문제 41: 비등액체로의 열전달에 있어서 수평가열관이 끊

험

는 액체가 들어있는 용기내에 잠겨있는 경우 수평가열관의 온도와 끊는 액체의 온도사이의 온도차에 따라 발생하는 현 상이 아닌 것은 ?

가 . 핵비등 나 . 자연대류 다 . 전이비등 라 . 적비등

2004 년 9 월 5 일 화공기사시

• 문제 42: 적상응축 (dropwise condensation) 과 막상응

험

축 (film condensation) 중 평균열전달계수의 크기는 ?

가 . 적상응축이 막상응축보다 크다 . 나 . 막상응축이 적상응축보다 크다 . 다 . 둘다 같다 .

라 . 경우에 따라 다르다 .