정압비열이 1cal/gㆍ℃인 물 100g/s을 20℃에서 40℃로 이중… | [화공기사 필기] 17년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 17년 3회차

정압비열이 1cal/gㆍ℃인 물 100g/s을 20℃에서 40℃로 이중 열교환기를 통하여 가열하고자 한다. 사용되는 유체는 비열이 10cal/gㆍ℃이며 속도는 10g/s, 들어갈 떄의 온도는 80℃이고, 나올 때의 온도는 60℃이다. 유체의 흐름이 병류라고 할 때 열교환기의 총괄열전달 계수는 약 몇 cal/m²ㆍsㆍ℃인가? (단, 이 열교환기의 전열 면적은 10m²이다.)

5.5

10.1

50.0

100.5

해설

이 열교환기의 총괄열전달계수는 약 5.5cal/(m²·s·℃)이다.
물이 얻은 열량은  $Q = 100\,\mathrm{g/s}\times 1\,\mathrm{cal/g℃}\times(40-20)℃ = 2000\,\mathrm{cal/s}$ 이며, 고온 유체가 잃은 열량  $10\times10\times(80-60)=2000\,\mathrm{cal/s}$ 과 일치한다.
병류에서는 두 유체가 같은 쪽으로 들어가므로 입구 쪽 온도차는  $\Delta T_1 = 80-20=60℃$ , 출구 쪽은  $\Delta T_2 = 60-40=20℃$ 이고, 대수평균온도차는  $\mathrm{LMTD} = \dfrac{60-20}{\ln(60/20)} \approx 36.4℃$ 이다.
 $Q = UA\cdot\mathrm{LMTD}$ 에서  $U = \dfrac{2000}{10 \times 36.4} \approx 5.5\ \mathrm{cal/(m^2 \cdot s \cdot ℃)}$ 이다.

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