열전달(Heat Transfer)

2012년도 1학기(제 10주)

기계자동차공학부

박 승 운

제6장 비등과 응축 (Boiling & Condensation)

제6장 비등과 응축

◈ 학습목표 o 상변화 과정에 대한 이해

o Pool Boiling 곡선의 이해

o 물방울 응축과 유지과정의 이해

o 생활 주변에서 일어나는 비등현상과 응축현상 관찰

◈ 학습성과 o Pool boiling 메커니즘에 대해 설명할 수 있어야 함.

o 물방울 응축 메커니즘에 대해 설명할 수 있어야 함.

o 아파트 벽에서 발생하는 겨울철 결로현상에 대해 원인과 대책을 설명할 수

있어야 함.

강의 내용 및 순서

■ 비등 열전달

■ Pool 비등

■ 유동비등

■ 응축 열전달

■ 막응축

■ 수평관 내의 막응축

■ 물방울 응축

■ 종합요약

제6장 비등과 응축

제6장 비등과 응축

■ 비등열전달

o 증발(evaporation) : 액체의 증기계면에서 증기압이 주어진

온도에서의 액체 포화압력보다 적을 때 액체 표면에서

발생하는 현상

⇒ 기포를 형성하지 않음.

⇒ 건조, 땀의 증발, 젖은 냉각탑에서의 폐열 방출

o 비등(boiling) : 액체의 포화온도 보다 높은 온도로 고체면이

유지되고 있을 때 고체와 액체의 계면에서 발생하는 현상

⇒ 기포가 형성되고 성장함에 따라 생기는 복잡한

유체운동 형태

제6장 비등과 응축

■ 비등열전달

※ 비등(Boiling) :총체적인 유체의 유동 여부에 따라

- 풀비등(pool boiling)

- 유동비등(flow boiling) 또는 강제 대류비등

※ 비등(Boiling) :총체적인 유체의 온도에 따라

- 아냉비등(subcooled boiling)

- 총체비등(bulk boiling) 또는 포화비등

제6장 비등과 응축

■ 비등열전달

제6장 비등과 응축

■ 풀비등(Pool Boiling)

◀ 풀비등의 다양한 비등영역

a) 자연대류 비등

b) 핵비등

c) 천이비등

d) 막비등

제6장 비등과 응축

■ 풀비등(Pool Boiling) ◈ 비등구역과 비등곡선

o 자연대류 비등(A 이하)

o 핵비등(A~C)

-A~B : 기포 소멸

-B~C : 기포수 증대

※ C : 임계열유속

o 천이비등 (C~D)

※ D : Leidenfrost point

o 막비등(D~E)

제6장 비등과 응축

■ 풀비등(Pool Boiling) ◈ 비등구역과 비등곡선

제6장 비등과 응축

■ 풀비등(Pool Boiling) ◈ 열전달 상관식

▶ 핵비등

▶ 최대 열유속

제6장 비등과 응축

■ 풀비등(Pool Boiling) ◈ 열전달 상관식

▶ 최소열유속

▶ 막비등

제6장 비등과 응축

■ 풀비등(Pool Boiling) ◈ 열전달 증진

▶ 가열표면에 핵형성 증진을 위한 표면 변형

⇒ 막비등에서 10배 정도, 임계열유속은 3배 정도 증가

▶ 기계적인 교반이나 표면에 진동 등을 부과

제6장 비등과 응축

■ 유동비등(Flow Boiling) ; 유체가 상변화 하는 과정 중 펌프와 같은 외력에 의하여 강제로 유동하면서 발생

o 외부 유동비등 : 유체가 가열표면 위를 흐르는 경우

o 내부 유동비등 : 유체가 가열표면 내부를 흐르는 경우

제6장 비등과 응축

■ 응축 열전달(Condesation) o 막응축 ; 증기의 온도가 포화온도, Tsat 이하로 감소될 때 발생

o 물방울 응축 ; 증기가 포화온도보다 낮은 온도의 액체 자유표면이나 기체에 노출되었을 때 발생

※ 물방울 응축은 막응축에 비해 10배

이상의 열전달률을 얻을 수 있음.

제6장 비등과 응축

■ 막응축(Film Condesation)

제6장 비등과 응축

■ 막응축(Film Condesation) ◈ 유동구역

제6장 비등과 응축

■ 막응축(Film Condesation) ◈ 열전달 관계식

1. 수직평판

제6장 비등과 응축

■ 막응축(Film Condesation) ◈ 열전달 관계식

1. 수직평판

제6장 비등과 응축

■ 막응축(Film Condesation) ◈ 열전달 관계식

1. 수직평판

제6장 비등과 응축

■ 막응축(Film Condesation) ◈ 열전달 관계식

1. 수직평판

o 파형 층류 유동

제6장 비등과 응축

■ 막응축(Film Condesation) ◈ 열전달 관계식

1. 수직평판

o 난류 유동

제6장 비등과 응축

■ 막응축(Film Condesation) ◈ 열전달 관계식

2. 경사진 평판

3. 수직관

식(6-22) 적용 가능

4. 원통과 구

제6장 비등과 응축

■ 막응축(Film Condesation) ◈ 열전달 관계식

5. 수평관 쌓기

o 증기속도에 의한 영향 - 액체와 동일방향일 경우 : 막 두께 감소, 열전달량 증가

- 액체와 반대방향일 경우 : 막 두께 증가, 열전달량 감소

o 응축기에서 비응축 가스의 나타남 - 응축 열전달에 나쁜 영향을 끼침.

: 비응축 가스를 주기적으로 제거해야 함.

제6장 비등과 응축

■ 수평관 내의 막응축(Film Condesation)

제6장 비등과 응축

■ 물방울 응축(Dropwise Condesation)

제6장 비등과 응축

▣ 종합요약 ◈ 풀비등(Pool Boiling) : 비등구역과 비등곡선

o 자연대류 비등(A 이하)

o 핵비등(A~C)

-A~B : 기포 소멸

-B~C : 기포수 증대

※ C : 임계열유속

o 천이비등 (C~D)

※ D : Leidenfrost point

o 막비등(D~E)

제6장 비등과 응축

▣ 종합요약 ◈ 핵비등

제6장 비등과 응축

▣ 종합요약 ◈ 막응축 o 수직 평판

o 수평관

◈ 물방울 응축

◈ 다음강의(예고)

- 복사열전달(1)

* 열복사와 전자기 스펙트럼이란?

* 복사강도, 방사율과 흡수율, 반사율과 투과율 등에 대해 논의한다.

* 주위에서 실제 발생하는 복사 열전달 현상에 대해 관찰

감사합니다.