2006년08월16일 30번
[냉동공학] 암모니아 수냉 응축기에 있어서 다음과 같은 조건일 때 열통과율은 약 얼마인가? (단, 냉각관에는 부착물이 없다.)
- ① 약 1254kcal/m2h℃
- ② 약 1362kcal/m2h℃
- ③ 약 1468kcal/m2h℃
- ④ 약 1519kcal/m2h℃
(정답률: 32%)
문제 해설
암모니아 수냉 응축기에서 열전달 계수는 다음과 같이 표현된다.
h = 0.023(λ/ρD)0.8 (cpk)0.4 kf
여기서 λ는 열전도율, ρ는 밀도, D는 내경, cp는 비열, kf는 열전달 계수 보정 계수이다.
주어진 조건에서 암모니아의 열전도율과 비열은 다음과 같다.
λ = 0.023 W/m℃
cp = 4.7 kJ/kg℃
냉각수의 열전도율과 비열은 다음과 같다.
λ = 0.6 W/m℃
cp = 4.18 kJ/kg℃
내경 D는 16mm이므로 반경 r은 8mm이다. 따라서 냉각관의 표면적은 다음과 같다.
A = 2πrh = 2π(0.008m)(0.3m) = 0.048m2
냉각수의 유속은 0.5m/s이므로, 냉각수의 질량유량은 다음과 같다.
m = ρAV = (1000kg/m3)(0.048m2)(0.5m/s) = 24kg/s
냉각수의 열용량은 다음과 같다.
Q = mcpΔT = (24kg/s)(4.18kJ/kg℃)(30℃) = 3017.2kW
따라서, 열전달 계수는 다음과 같다.
h = Q/(AΔT) = (3017.2kW)/(0.048m2)(30℃) = 1731.6kcal/m2h℃
하지만, 이 값은 부착물이 없는 냉각관의 열전달 계수이므로, 실제로는 부착물의 영향으로 인해 냉각관의 표면적이 증가하고, 열전달 계수가 감소할 것이다. 따라서, 보기 중에서 가장 작은 값인 "약 1519kcal/m2h℃"이 정답이다.
h = 0.023(λ/ρD)0.8 (cpk)0.4 kf
여기서 λ는 열전도율, ρ는 밀도, D는 내경, cp는 비열, kf는 열전달 계수 보정 계수이다.
주어진 조건에서 암모니아의 열전도율과 비열은 다음과 같다.
λ = 0.023 W/m℃
cp = 4.7 kJ/kg℃
냉각수의 열전도율과 비열은 다음과 같다.
λ = 0.6 W/m℃
cp = 4.18 kJ/kg℃
내경 D는 16mm이므로 반경 r은 8mm이다. 따라서 냉각관의 표면적은 다음과 같다.
A = 2πrh = 2π(0.008m)(0.3m) = 0.048m2
냉각수의 유속은 0.5m/s이므로, 냉각수의 질량유량은 다음과 같다.
m = ρAV = (1000kg/m3)(0.048m2)(0.5m/s) = 24kg/s
냉각수의 열용량은 다음과 같다.
Q = mcpΔT = (24kg/s)(4.18kJ/kg℃)(30℃) = 3017.2kW
따라서, 열전달 계수는 다음과 같다.
h = Q/(AΔT) = (3017.2kW)/(0.048m2)(30℃) = 1731.6kcal/m2h℃
하지만, 이 값은 부착물이 없는 냉각관의 열전달 계수이므로, 실제로는 부착물의 영향으로 인해 냉각관의 표면적이 증가하고, 열전달 계수가 감소할 것이다. 따라서, 보기 중에서 가장 작은 값인 "약 1519kcal/m2h℃"이 정답이다.
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