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  Shell&tube, 무차원수 관련해서 간단한 질문 드립니다.
  글쓴이 : 마동쓰   고유ID : com2356     날짜 : 17-02-19 13:28     조회 : 1966    
1. Shell & tube 열교환기에서 상대적으로 고압인 유체는 tube쪽으로 투입한다고 알고 있습니다. 제 생각에 고압 유체를 shell 측으로 투입한다면 shell뿐만아니라 tube, baffle도 압력을 견딜만큼 설계해주어야 하니 경제적인 측면에서 불리하다고 생각했는데 이 이유가 타당한지 궁금합니다.

2. 무차원수의 의미가 어떤 변수간의 상관관계를 알아볼 때 실험에서 소요되는 시간, 비용을 절감할 수 있다는 것으로 이해하고 있습니다. 그런데 구체적으로 어떤 측면에서 시간, 비용을 절감할 수 있는지 감이 잘 오지 않습니다. 예를 들어 설명해주신다면 감사하겠습니다.



스테파노 Stefano   17-02-20 10:40
1A) 원통모양의 용기의 벽에 걸리는 응력은 용기내의 압력에 비례하고, 용기의 직경에 비례하기 때문에 직경이 작은 Tube의 경우에는 별 부담이 없지만 큰 Shell의 경우 두께가 크게 증가하기 때문에 고압의 경우 Tube 측을 선택합니다.

t ∝  P * D / 2 S  .............(1)     

직경t 는 압력P와 직경 D에 비례하고 재료 사용응력S에 반비례함.  여기에 부식여유, 용접효율 등을 고려하여 결정 

2A)  어느 계의 해석이 다양한 계의 물성이나 속성, 형태, 등에 따라 잘라지는 경우 각종 요소들의 효과를 모두 고려하여 실험해 보려면 무수한 실험을 반복하여야 하지만 여러 요소들의 조합으로 무차원 변수를 만들어 변수의 수효를 줄이게 되면 수백번 정도의 실험으로 줄일 수 있어서  인력과 시간과 비용을 줄일 수 있겠지요.

이들 무차원 수들은 마구 결정된 것은 아니고 이론적 바탕위에서 계를 해석하여 얻어진 것 들이고 실험을 통하여 계를 이들 무차원 변수들로 해석할 수 있다는 것을 알아냈기 때문에 사용가능한 것입니다.     

이런 작업을 맨처음 했었던 사람들의 이름을 따서 무차원 수들이 많이 만들어 졌지요.
계의 속성은 단순히 무차원 수의 곱이나 나눔으로만 나타낼 수 있는 것 뿐만 아니라 무차원수의 지수승으로 얻어지는데 이들 지수값 들은 Parameter Estimation의 방법을 사용한 최적화기법으로 정해진 것들입니다.
     
마동쓰 com2356   17-02-20 14:41
답변 감사합니다.

2A) 항목에 대해서 제가 이해한 바가 맞는지 궁금합니다.

"열전달을 예로 들면 열전달이 수직평판에서 일어나는지 또는 실린더에서 일어나는지에 따라 식이 달라지게 됩니다. 이를 실험을 통해 구하려면 상당한 시간, 비용이 소모되지만 무차원수의 조합을 통해 표현함으로써 소모되는 시간, 비용을 줄일 수 있습니다. 사용되는 무차원수는 무작위로 만들어 진 것이 아니라 물리적인 해석에 의해 얻어진 값입니다. "

다음과 같이 이해해도 무방한 것인지 궁금합니다.
스테파노 Stefano   17-02-20 19:36
대체로 맞는 해석입니다.

그러나  계의 해석은 "유사성"을 전제로 해석하기 때문에 수직평판의 열전달이라고 해도 평판이 상부를 향하고 있는가 하부를 향하고 있는가에 따라 대류효과가 달라지기 때문에 구별해서 실험해 봐야 할 필요가 있습니다. 

참고로... 무차원 수들 끼리는 서로 곱하거나 나누어도 여전히 무차원 수가 얻어집니다  그러나 그 의미하는 바는 전혀 달라질 수 있습니다.
     
마동쓰 com2356   17-02-20 22:33
답변 감사합니다.
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