공조냉동기계기술사 131회, 문제 풀이, 비등에 대하여 종류별로 열거하고 그 내용을 설명하시오.

 

도도한 쭌냥이

 

 

안녕하세요. 도도한 쭌냥이입니다. 

이번 연도에는 꼭 기술사 자격증을 취득하고 말겠다는 각오로 기출문제를 한 번 정리해보려고 합니다. 

 

1. 비등(boiling)의 정의

고체와 액체의 접촉에서 증발이 발생할 때, 이것을 비등이라고 합니다. 이 프로세스는 고체 표면 온도가 액체의 포화온도를 초과할 때 발생합니다. 열은 고체 표면에서 액체로 전달됩니다. 비등 시, 기포가 발생하게 되며 기포는 열전달 계수에 큰 영향을 미칩니다. 비등은 Pool boiling, Forced convection boiling, subcooled boiling, saturated boiling으로 구분할 수 있습니다. 

 

 

2. 비등의 종류(Boiling Modes)

2.1 Pool Boiling

냄비로 물을 끓일 때와 같이 일상적인 상황에서 발생하는 현상입니다. 

 

특징은 다음과 같습니다. 

 

전체적으로 봤을 때 액체의 움직임은 정지상태이지만 고체 표면 근처에는 액체의 운동이 일어나고 있습니다. 이 운동은 표면 근처에서 발생하는 자연대류(온도 차이에 의한)와 고체 표면에 유도된 기포의 탈착 때문에 발생하게 됩니다. 

 

[프로세스]

고체 표면 → 열전달 → 거품 형성 → 거품 성장과 분리 

 

2.2 Forced Convection Boiling

비등의 발생 메커니즘은 pool boiling과 유사하나 액체의 운동이 자연대류와 기포뿐만 아니라 외부의 강제 요인에 의해 긴 인한다는 특징을 지니고 있습니다. 

 

2.3 Subcooled Boiling

포화 온도보다 낮은 상태에서 액체가 기체로 변하게 되며, 고체 표면에 형성된 기포는 액체 안에서 응축되는 것이 특징입니다. 비커에서 물을 끓이다 보면 끓고 있는 물 중앙에서 기포가 발생하는 것을 볼 수 있습니다. 해당 현상이 subcooled boiling에 의해 발생한 것입니다. 

 

2.4 Saturated boiling

액체의 온도가 포화 온도를 약간 초과했을 때 발생하는 비등을 말합니다. pool boiling과 함께 발생하게 됩니다. 

 

3. 적용

위에서 알아본 4가지 비등은 냉매를 사용하는 냉방장치를 이해하기 위해 필요한 내용이며, 열교환기(heat exchanger)를 통과하는 냉매의 상변화를 설명하는데 적용할 수 있습니다. 

 

4. 참고문헌

Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th Edition, THEODORE L. BERGMAN ~

 

 

도도한 쭌냥이