개념 한 쪽
에너지관리기사 열관류율 — 총괄전열계수와 노즐
열관류율은 벽이나 환열실처럼 여러 저항을 거쳐 열이 지나갈 때 그 전체를 하나의 계수로 묶은 값이다. 총괄전열계수로 전열량을 세우는 법, 노즐이 압력과 엔탈피를 속도로 바꾸는 원리, 단면적이 줄어야 가속되는 조건, 물을 섞을 때의 열수지를 본다.
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뜻
환열실의 전열량은 전열면적 F, 총괄전열계수 V, 평균온도차 Δtm의 곱 Q=F×V×Δtm다. 전도·대류·복사가 겹친 실제 벽에서는 각 저항을 따로 더하는 대신 그 전체를 V 하나로 묶어 같은 꼴의 식으로 계산한다. V가 크면 같은 면적과 온도차에서 더 많은 열이 지나간다.
노즐은 단면적을 바꿔 압력과 엔탈피를 운동에너지로 바꿔 유체를 가속하는 장치다. 아음속 유동을 팽창시켜 가속하려면 단면적이 유동 방향으로 줄어드는 축소 노즐이어야 하고, 초음속으로 가속할 때는 반대로 확대부가 필요하다.
엔탈피 감소가 속도로 바뀌는 양은 총괄전열계수와 구분해 소문자 v로 적고 v=√(2gJΔh)로 구한다. 118kcal/kg이 운동에너지로 바뀌고 입구 속도를 무시할 수 있으면 v=√(2×9.8×427×118)≈994m/s다. 이 문항은 996m/s를 답으로 본다. 427은 kcal를 일의 단위로 바꾸는 값이다.
서로 다른 온도의 물을 섞으면 열출입이 없는 한 질량 가중평균 온도가 된다. 80℃ 물 50kg과 20℃ 물 100kg을 섞으면 (50×80+100×20)÷150=40℃다. 비열이 같으면 질량과 온도만으로 계산한다.
예제
선지 판단은 전열량을 F×V×Δtm로 세우는지, 노즐의 일을 압력·엔탈피에서 운동에너지로의 전환으로 설명하는지, 아음속 가속에 축소 노즐이 필요하다고 보는지, 혼합 온도를 질량 가중평균으로 구하는지에서 갈린다. 996m/s(계산값 994m/s)와 40℃가 그 예다. 노즐을 압력만 높이는 장치로 본 선지, 혼합 온도를 두 온도의 단순 평균인 50℃로 본 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 총괄전열계수란 무엇인가요?
- 전도·대류·복사 저항을 하나로 묶어 전열량을 Q=F×V×Δtm로 계산하게 하는 계수입니다.
- 아음속 유동을 가속하려면 노즐 단면적은 어떻게 해야 하나요?
- 유동 방향으로 단면적이 줄어드는 축소 노즐이어야 합니다. 초음속 가속은 반대로 확대부가 필요합니다.
- 80℃ 물 50kg과 20℃ 물 100kg을 섞으면 몇 도가 되나요?
- 질량 가중평균으로 (50×80+100×20)÷150=40℃입니다.
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