01. 열전달
물체 내부 또는 물체 사이의 온도차에 의해 생기는 열 에너지의 이동 현상
열이 전달되는방법에 따라전도, 대류, 복사 세 가지의 원리에 의해 이루어짐
(1) 전도
온도가 다른 두 물제를 접촉시켰을 때 물질 이동이 일어나지 않고 열이 이동되는 현상
푸리에의 법칙
전도에 의한 열전달 속도는 온도자 열전도도 면적 두께 등의 네 가지 요인에 외해 결정
열전도도가 클수록 열전달 속도는 증가하고, 열이 통과하는 물체의 두께가 두꺼울수록 열전달 속도 감소
(2) 대류
온도가 높아지면 발생하는 밀도차에 의해 물질의 분자들이 순환하면서 열이 전달되는 현상, 자연 대류와 강제 대류가 있다.
대류에 의한 열전달 속도는 유체의 혼합 속도와 온도차 등의 두 가지 요인에 의해 결정
유체의 혼합 속도와 유속이 빠릉수록 더운 유체와 찬 유체 의 온도차가 클수록 열전탈 속도 증가
(3) 복사
물체에서 열에너지가 전자파의 형태로 공간을 통과하여 다른 물체에 에너지가전달되는 현상
슈테판-볼츠만 법칙
완전 흑체의 단위 표면적에서 단위 시간당 방사하는 총 복사 에너지는 그 물체의 절대 온도와 네 제곱에 비례
복사에 의한 열전달 속도는 표면적 온도차 흡수 표면의 형태 물체와 열원 사이의 거리 등의 네 가지요인에 의해 결정
물체의 표면적이 클수록, 복사하는 물 체와 열을 흡수하는 물체 사이의 온도차가 클수록, 검고 광택이 없는표면일수록, 복사원과 열을 받는물체 사이의 거리가 가까울수록 열전달 속도 증가
푸리에의 법칙
전도에 의한 열전달 속도는 온도차, 열전도도, 면적 및 두께 등 네 가지 요인에 의해 결정된다.
02.열교환기
금속 벽을 사이에 두고 저온과 고온의 유체 간에 간접적으로 열을 교환하는 장치
사용 목적 에 따라 가열기, 냉각기, 증발기, 재비기, 응축기 등으로 분류
구조 형식에 따라 관형(단관식, 이중관식, 다관식), 평판형, 블록형으로 분류
이중관식, 다관식 열교환기가 가장 많이 사용
(1) 이중관식 열교환기
향류
고온 유체와 저온 유체가 열교환기의 서로 반대쪽으로 들어가서 반대쪽으로 나오는 흐름
장치 양 끝의 온도차가 비교적 비슷한 온도차를 보이므로 전 장치에 걸쳐 효과적인 열전달을 하고자 할 때 쓰임.
병류
고온 유체와 저온 유체가 열교환기의 같은 방향으로 들어가서 같은 방향으로 나오는 흐름
초기 온도차가 커서 열전달 속도가 크므로 급속한 열전달을 하고자 할 때 쓰임.
(2) 다관식 열교환기
여러 개의 관 또는 U자관을 원통형의 동체 속에 설치하여 관 밖으로 흐르는 유체와 관 속의 유체 사이에 열전달이 이뤄어지는 장치.
03. 증발기와응축기
증발 : 액체가 기체로 변화하는 현상
응축 : 기체가 액체로 변화하는 현상
(1) 증발기
팽창 밸브에 의해 팽창된 액체 냉매를 증발시켜 주위에서 증발열을 빼앗아 다른 유체를 냉각하는장치
증발 조작 특성
끓는점 상승 : 농축이 진행되면 용액의 농도와 점도가 증가하고 끓는점이 상승하여 가열하는 용액과 가열 매체 간의 온도차가 작아져 열전달 속도 감소
거품 생성 : 용액이 증발하는 도중 거품이 발생하여 증발을 방해
비말 동반 : 액체 표면으로 올라간 액체 방울의 일부가 증기와 함께 밖으로 배출되는 현상
관석 : 용액 중의 부유물이나 무기 성분이 관 벽에 강하게 달라붙어 굳어진 것으로, 관석이 생성되면 열전달 속도가 낮아져 증발 능력 감소
(2) 응축기
압축기에서 보내온 고온 고압의 냉매를 응축 액화하는 장치
표면 응축기
증기와 냉각수를 금속 벽을 통해 간접적으로 접촉시키는 방식
증기의 양에 비해 냉각수 많이 필요
제작이 어렵고 값이 비쌈>
접촉 응축기
증발기에서 발생한 증기와 냉각수를 직접 접촉시키는 방식
열효율이 좋고 건설비가 저렴
