[기계항공실험] 온도실험

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목차: 1.수치해석

1. 1차원 analytical solution

1.1 Plot the 1-D temperature profile with analytical solution.

1.2 Derive a discrete equation with the energy balance method and plot the temperature profile with FDM

1.3 Compare 1D temperature profile with temperature profile by FDM and comment about the results.

2.실험결과

2-1. Thermocouple을 이용한 온도분포 측정

2-2. TLC를 이용한 온도분포 측정

3.Discussion
3-1. Fin Effectiveness & Fin Efficiency 계산

3-2. Thermocouple과 해석 온도 분포 비교

3-3. TLC와 해석 온도 분포 비교

3-4. TLC와 Thermocouple 온도 분포 비교

3-5. 실험에 대한 추가적인 논의 및 정확한 실험을 위한 방안

4.결론

5.Reference

본문내용: .

FDM의 결과는 1-D iteration = 100000, 2-D iteration = 20000을 행한 후의 데이터·이다. 1-D의 경우 순전히 numerical한 방법으로 구한 것인데 반해, 2-D의 경우 시간이 너무 오래 걸려 야코비안 법을 사용해 임의 온도를 30°C(= 303.15K)로 설정해서 MATLAB을 실행하였다.

h(convection coefficient) 값의 경우 주어진 데이터에서, Tinf = 19.9°C/ Tb = 40.8°C/
Ttip = 30.9°C를 찾아 결정한 값으로, 3.6539W/㎡․K이다.

1-D Analytical Solution을 보면 base에서의 온도를 40.8℃로 정한 상태에서 tip의 온도를 구한 결과로 34.18℃ 정도의 값이 구해졌다. 이는 실제 실험에서 구한 30.9℃ 와 비교하였을 때 상당히 높은 수치이다. 이와 같은 결과가 나온 것은 실제 실험에서 복사에 의한 열전달이 있지만, 수치해석을 할 때 오직 대류에 의한 열전달만 있다고 고려해, 복사에 의한 영향을 고려하지 않았기 때문이다. 실제로 방안의 벽의 온도는 fin의 온도보다 낮기 때문에 fin에서 벽으로의 열복사가 일어나게 되고, fin의 온도는 낮아지게 된다. 또한 이론적인 식상에서는 오직 자연대류에 의한 열전달만 고려하였지만, 실제 실험에서 주변의 움직임 등에 의해 강제대류가 일어나게 된다고 생각할 수 있겠다. 이로 인한 열손실도 발생할 수 있는 것이다. (조교님께서 실험 전에 움직이거나 말을 하지 말라고 하셨지만, 실제로는 상당히 소란스러운 분위기였다.)

참고문헌: (1)
Fundametals of Heat and Mass Transfer, 4th edition, F.P.Incropedia, D.P. DeWitt, John Wiley & Sons
(2)
Mastering MATLAB5, Duane Hanselman, Bruce Littlefield, Prentice Hall
(3)
길잡이 열전달의 기초, 문운당, 김찬중 저

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