게시판 > 질답게시판 > 열전달 계수(h) 및 열 전도도(k) 에 관한 문제 질문 합니다

스테파노 Stefano

16-07-18 11:43

(1)대류열전달계수(Convectional Heat Transfer Coefficient)는 대류(유체에서 분자의 이동현상을 동반하는 흐름)현상이 나타나는 계에서의 열전달 계수를 나타냅니다. 따라서 대류현상이 나타나지 않으면 대류효과에 의한 열전달계수는 없고 단순히 열전도 혹은 열복사 등의 효과만 포함됩니다. 따라서 (O)가 맞습니다.

(2) 단원자 기체의 열전도도의 경우 대류현상은 제외한 효과를 묻는 것인데 압력이 높아지면 입자밀도가 높아져 전달매체가 많아지지만 전달해야할 열량도 함께 늘어나기 때문에 압력영향은 상쇄될 것 같습니다. 따라서 (O)가 맞습니다. 단원자 기체의 전도도는 압력에 관계없이 온도의 1/2승에 비례. 분자량의 1/2승에 반비례 한다고 합니다 .

신동진 2peaceb

16-07-19 10:49

감사합니다. 혼자만 이런생각 저런 생각 했는데, 의견을 들으니 뭔가 더 명확해 지네요.

스테파노 Stefano

16-07-19 12:41

(0) 공무원시험에 이런 주제도 다루고 있다니 놀랍습니다. 1번문제는 몰라도 2번 문제는 매우 어려운 주제입니다.

(1) 유체의 열전도도
실제로 유체의 전도도를 어떻게 측정하는지 필자도 궁금합니다. 유체에서 열전달이나 열전도는 순수하게 전도, 대류, 복사중 어느 하나만의 효과로 나타나는 것이 아니라 분자자체의 이동(대류), 열전자의 이동(열전자이동), 단순열전도(분자진동에 따른 에너지 전달), 복사(광, 전자파에 의한 에너지전달)등이 복합적으로 나타나기 때문에 정밀하게 해석하기 어려워 처음 질문에서 인용했던바와 같은 무차원수로부터 추정하는 방법이 많이 사용됩니다.

Microscopic Analysis가 어려운 경우 시스템을 Macroscopic 관점에서 해석 (대충 뭉뚱그려 해석)하기 위하여 이들 무차원수를 사용합니다. 기술이 더 발달하여 앞으로 양자역학이 더욱 발전하면 모든 물질의 열전달 물질전달 등의 시스템 해석에 양자역학적 수식들이 이용되는 시기가 도래할 수도 있다고 봅니다.

(2) 무차원수
Nusselt Number의 예를 들면 Nu = h* d / k 혹은 h*L/k인데 이는 그 시스템에서 열전도효과에 대한 대류전열효과의 비를 대충(?)나타낸 수에 불과합니다. Nusselt Number를 정의할 때의 d 혹은 L 값도 기하학적으로 유사한 형태를 기준으로 상호비교하지 않으면 엉뚱한 결과값이 되기 때문에 유의해야 합니다. 시스템 해석이 너무 복잡한 경우 보통 무차원수 (일종의 지수)를 사용하는데 그 무차원수를 사용하는 경우 반드시 적용 시스템이나, 무차원수 크기 구간, 등을 정해두고 사용하지 않으면 무의미 해집니다.

Nusselt Number는 Nu= St*Re*Pr와 같은데 실제로 이들 각 무차원수로부터 계산하는 경우는 없고 무차원수간의 상호관계가 그렇다는 것을 보일 뿐입니다. St는 분모에 유체의 속도가 들어있고 Re에는 분자에 유체의 속도가 들어있어서 자연순환이 아닌 강제순환효과는 상쇄되고 자연순환에 의한 대류효과만을 서로 비교해 보기 위해 나타낸 "지표"가 바로 Nusselt Number라고 이해하면 됩니다.

무차원수끼리 나누거나 곱해도 단위는 없어서 또다른 무차원수가 얻어질 수 있는데 그 새로운 무차원 수가 물리적으로 어떤 시스템을 해석하는데 아주 유용하다면 그 무차원 수를 따로 정의해서 (학자들끼리 합의해서) 사용할 수도 있습니다.

예를들어 질문에서 인용했던 수식 Nu= St*Re*Pr 으로부터
Nu/Pr = St * Re 의 식이 얻어지는데 이 새로운 무차원수를 (임의로 ) "Stefano Number"라고 정의 하자면

Stefano Number = (h*d/k)/(cp*μ/k) = h*d / cp* μ .........(100) 라고 정의되고 단위가 없는 무차원수가 얻어집니다.

이 수의 물리적 의미는 "표면열부하에 대한 대류전열 효과"의 비라고 유추할 수 있는데 만일 이지표를 이용하면 Skin 전열계수를 추정하는 데 잘 맞아들어간다면 꽤 쓸만한 무차원 수로 활용될 수도 있는 것이지요. 실험을 동반하여 학회지에 올리고 다른 사람들도 이 지표를 이용해보니 "시스템해석에 잘 맞더라" 라는 소식이 전해지면 스테파노는 유명한 과학자로 소문날 수도 있겠지요. (헛된 꿈이기는 하나..)

(3) 열전달계수, 열전도도
열전도 효과에는 단순 대류 뿐만 아니라 복사전열효과도 포함되어 있어서 온도가 높아지는 경우 복사전열효과가 대류전열효과를 크게 초과하게 되기도 합니다.

고체물질의 경우데도 대류현상은 없지만 복사와 전도 및 열전자흐름, 전자흐름(전류), 등의 복합 효과가 나타납니다. 가까운 예를 들면.. 탄소 동소체중에 다이아몬드와 흑연이 있는데 흑연이 당연히 다이아몬드보다 열전도도가 높을 것으로 보이는데 다이아몬드는 전기비전도체라서 전류가 흐르지 않지만 투명체내의 복사효과에 의해 열전도도가 흑연보다 크다고 합니다.

(0) 공무원시험에 이런 주제도 다루고 있다니 놀랍습니다.  1번문제는 몰라도 2번 문제는 매우 어려운 주제입니다.

(1) 유체의 열전도도
실제로 유체의 전도도를 어떻게 측정하는지 필자도 궁금합니다.  유체에서 열전달이나 열전도는 순수하게 전도, 대류, 복사중 어느 하나만의 효과로 나타나는 것이 아니라 분자자체의 이동(대류), 열전자의 이동(열전자이동), 단순열전도(분자진동에 따른 에너지 전달), 복사(광, 전자파에 의한 에너지전달)등이 복합적으로 나타나기 때문에 정밀하게 해석하기 어려워 처음 질문에서 인용했던바와 같은 무차원수로부터 추정하는 방법이 많이 사용됩니다.

Microscopic Analysis가 어려운 경우 시스템을 Macroscopic 관점에서 해석 (대충 뭉뚱그려 해석)하기 위하여 이들 무차원수를 사용합니다.  기술이 더 발달하여 앞으로 양자역학이 더욱 발전하면 모든 물질의 열전달 물질전달 등의 시스템 해석에 양자역학적 수식들이 이용되는 시기가 도래할 수도 있다고 봅니다.

(2) 무차원수
Nusselt Number의 예를 들면  Nu = h* d / k  혹은 h*L/k인데  이는 그 시스템에서 열전도효과에 대한 대류전열효과의 비를 대충(?)나타낸 수에 불과합니다.   Nusselt Number를 정의할 때의 d 혹은 L 값도 기하학적으로 유사한 형태를 기준으로 상호비교하지 않으면 엉뚱한 결과값이 되기 때문에 유의해야 합니다.   시스템 해석이 너무 복잡한 경우 보통 무차원수 (일종의 지수)를 사용하는데 그 무차원수를 사용하는 경우 반드시 적용 시스템이나, 무차원수 크기 구간, 등을 정해두고 사용하지 않으면 무의미 해집니다.

Nusselt Number는 Nu= St*Re*Pr와 같은데 실제로 이들 각 무차원수로부터 계산하는 경우는 없고 무차원수간의  상호관계가 그렇다는 것을 보일 뿐입니다.   St는 분모에 유체의 속도가 들어있고 Re에는 분자에 유체의 속도가 들어있어서 자연순환이 아닌 강제순환효과는 상쇄되고 자연순환에 의한 대류효과만을 서로 비교해 보기 위해 나타낸 "지표"가 바로 Nusselt Number라고 이해하면 됩니다.

무차원수끼리 나누거나 곱해도 단위는 없어서 또다른 무차원수가 얻어질 수 있는데 그 새로운 무차원 수가 물리적으로 어떤 시스템을 해석하는데 아주 유용하다면 그 무차원 수를 따로 정의해서 (학자들끼리 합의해서) 사용할 수도 있습니다.

예를들어  질문에서 인용했던 수식 Nu= St*Re*Pr 으로부터   
Nu/Pr = St * Re 의 식이 얻어지는데  이 새로운 무차원수를  (임의로 ) "Stefano Number"라고 정의 하자면

Stefano Number = (h*d/k)/(cp*μ/k) = h*d / cp* μ   .........(100)  라고 정의되고 단위가 없는 무차원수가 얻어집니다.

이 수의 물리적 의미는 "표면열부하에 대한 대류전열 효과"의 비라고 유추할 수 있는데 만일 이지표를 이용하면 Skin 전열계수를 추정하는 데 잘 맞아들어간다면 꽤 쓸만한  무차원 수로 활용될 수도 있는 것이지요.   실험을 동반하여 학회지에 올리고 다른 사람들도 이 지표를 이용해보니 "시스템해석에 잘 맞더라" 라는 소식이 전해지면 스테파노는 유명한 과학자로 소문날 수도 있겠지요. (헛된 꿈이기는 하나..)

(3) 열전달계수, 열전도도
열전도 효과에는 단순 대류 뿐만 아니라 복사전열효과도 포함되어 있어서 온도가 높아지는 경우 복사전열효과가 대류전열효과를 크게 초과하게 되기도 합니다.

고체물질의 경우데도 대류현상은 없지만 복사와 전도 및 열전자흐름, 전자흐름(전류), 등의 복합 효과가 나타납니다.  가까운 예를 들면.. 탄소 동소체중에  다이아몬드와 흑연이 있는데 흑연이 당연히 다이아몬드보다 열전도도가 높을 것으로 보이는데 다이아몬드는 전기비전도체라서 전류가 흐르지 않지만 투명체내의 복사효과에 의해 열전도도가 흑연보다 크다고 합니다.