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  물의 증발량에 대해 질문있습니다.
  글쓴이 : 신상덩   고유ID : rjsgud16     날짜 : 19-10-21 08:57     조회 : 110    
비커에 물이 10g 들어있고 실내에서 가만히 둔다고 했을때 시간당 물의 증발량을 구하는 공식이 있을까요?
알고 있는 정보는 실내온도, 습도, 표면적, 물의 온도 입니다.

스테파노 Stefano   19-10-21 11:13
(1) 시스템은 간단해 보이지만 아주 복잡한 열전달 물질저달 열전도의 현상이 함께 포함되어 있는 시스템입니다.  아주 엄밀히 계산해야 하는 특수한 경우 (예를 들어 우주선 안의 상황, 반응기 안의 물질전달, 증기확산에 의한 증착공정 등)이 아니면 아래의 여러 가정을 통해 문제를 단순화 시켜 계산해도 정확한 값과의 차이는 일반적으로 허용할 만한 값이내의 오차로 계산할 수 있습니다. 

1) 액 표면에서는 열전달이 일어나지 않고 증발된 증기가 달아나기만 한다. (사실상 이곳의 열전달 물질전달이 가장 활발하게 일어나고 있겠지만 평형을 이루고 있어서 총괄적으로 일어나는 변화 현상으로 보면 무시할 수도 있다고 가정.)
2) 공기의 습도에 의한 영향은 무시 (방의 크기는 비이커에 비하여 아주 커서 물이 증발되어도 방의 습도의 변화는 크지 않음.)
3) 비이커 바닥으로부터의 열전달은 일어나지 않는다 (비이커의 바닥은 절연체와 접해있다고 가정하여 열전달이 없다고 가정.)
3) 공기의 온도와 액의 온도는 변함이 없다고 가정 (증발량이 작아서 액의 온도감소와 공기의 온도증가가
4) 비이커 유리의 열저항과 액상의 내부의 대류 열전달 저항이 아주 작아서 비이커 내 액상의 온도는 비이커 유리 표면 온도와 같다고 가정 (유리의 열전도도는 액이나 공기에 비해 아주아주 크고 액 내부의 온도는 일정하다고 가정)

(2)위의 가정하에서 열전달은 단순히 비이커 수직 평면에서의 열전달에 의해 일어난다고 보고 계산하는 방법..

Q =  α* A * (Δt) ^0.25 ...............(1)

Q=열전달 속도 [kcal/h]
α=상수 [kcal/m^2/h/(℃)^0.25] ...  대기중의 고체표면에서의 대류열전달계수 (수직평면인가 수평평면인가의 구분, 수직높이 등에 따라 달라지는 상수)
A=비이커에서 액과 접하는 수직면적 [m^2]
Δt = 비이커와 대기의 온도차 [℃]

물의 증발량(증발속도)
r = Q/λ ......................................(2)
r= 물의 증발량 [kg/h]
λ= 물의 증발잠열 [kcal/kg]

(3) 액의 증발은 열전달이 아닌 단순히 표면에서 공기의 습도(포화습도와의 차)와 관련되어 공기중으로 물분자가 확산됨으로서 증발된다고 가정하고 계산하는 방법

Q= β*B*(ΔH)^β ..........................(4)
 β=상수 [kcal/m^2/h/(℃)^0.25] ...  대기중의 고체표면에 공기의 포화습도에 관계되어 증발되는 물질전달상수
 B= 비이커에서 액과 접하는 액 표면면적 [m^2]
 ΔH = 대기의 포화습도와 대기의 실제습도와의 차 [kg/kg dry air]
 β = 습도와 관련되어 물진전달에 영향을 주는 습도지수로 나타내는 상수 -

증발량은 (2)의 수식으로 계산하면 됩니다.

여러 상수들을 참고서적 혹은 인터넷에서 검색해 보도록 하세요.
스테파노 Stefano   19-10-21 12:02
(답변추가)

1.  열전달에 의한 경우: https://www.engineeringtoolbox.com/convective-heat-transfer-d_430.html
2.  확산에 의한 경우: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.354031

전열량이 계산되면 (2)식으로 증발량을 구할 수 있지요.
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