게시판 > 질답게시판 > 열전달 관련 - 경막열전달은 전도인가요?

Stefano

08-04-23 12:47

(0) 인터넷에 글을 올릴 때 불필요한 사잇줄을 넣지 않는 것이 독자에게 한눈에 들어오게하고 인터넷 자원을 아끼는 것이 됩니다.

(1) 고체물질의 내부로 열이 전달되는 경우 단순히 전도(Conduction)현상에 의해서만 열전달이 일어나지만 유체의 경우 열이 전달되면 대류현상이 생겨나 단순히 전도에 의한 열전달효과보다 더 많은 열이 전달됩니다.

따라서 고체 표면에서의 유체의 열전달현상은 전도(Conduction)와 대류(Convection)현상의 조합에 의한 효과에 의해 이루어집니다.
고체표면의 유체의 열전달에서 고체 표면은 흐름이 작아 마치 별도의 전도체 면이 가로막고 있는 것 같은 효과를 나타내기 때문에 이 가상의 면을 경계막(혹은 경막)이라고 부르는데 여기서의 열전달이 바로 전도와 대류의 복합효과에 의해 나타나는 것입니다. 이 경계막은 두께가 정해져 있는 것도 아니고 그 경계가 뚜렷이 나타나는 것도 아닙니다

(2) 유체-경막-고체간의 열전달
따라서 질문에서의 유체-경막 간 혹은 경막-고체면 간의 열전달은 모두 전도-대류 현상이 함께 일어나는 영역입니다. 고체면으로부터 멀리 떨어져 있을 수록 대류효과의 비율이 커지고 전도효과는 줄어들게 됩니다. 이 부분은 열전달 해석에서 구분하지 않고 (두께도 모른 채) 하나만의 경막이 있다고 가정하고 이 경막에서의 열전달 계수만 고려합니다.

질문에서처럼 대류, 전도로 구분할 수 없는 영역이 경계막 부분입니다 그러나 대류효과가 주종을 이룬다고 간주하면 됩니다. 실제로 경막계수는 표면에서의 전도와 대류의 복합효과에 의한 것이라고 항상 설명하고 있습니다.

(3) 경막계수
경막계수는 유체의 흐름 상태에 따라 크게 달라지기 때문에 유체의 점도, 밀도, 유속의 영향에 의해 결정됩니다. 유체의 흐름상태를 지표로 잘 나타내 주는 것이 바로 Reynolds No. 입니다. Reynolds No가 낮는 영역에서는 비교적 전도현상 효과가 크게 작용하고 높은 영역에서는 대류현상이 크게 작용됩니다.

예를 들어 Turbulent 영역에서의 배관 내부에서의 경막계수 h는 Nu(=hD/k)= A*(Re)^0.8(Pr)^0.3 와 같은 형태로 이 식에서 h를 구하면 되는데 Reynolds No.의 0.8승에 비례하고 유체 물성과 관련되는 Pr과 유체의 전도도 k와도 관련됩니다.

같은 배관에서 Laminar Flow 영역의 흐름이라면 Nu(=hD/L)= B (wCp/L)^0.3 형태와 유사한 모델식이 사용됩니다. 유속기 아주 낮은 Stream Line Flow인 경우 배관 내부에도 온도차가 크게 차이가 나기 때문에 모델식이 복잡해 집니다. 열전달 장치 즉 열교환기에서는 열전달 효과를 극대화 시키는 대신 압력손실을 최소로 하기 위한 설계가 필요하므로 주로 Turbulent 영역에서 설계합니다.

(0) 인터넷에 글을 올릴 때 불필요한 사잇줄을 넣지 않는 것이 독자에게 한눈에 들어오게하고 인터넷 자원을 아끼는 것이 됩니다.

(1) 고체물질의 내부로 열이 전달되는 경우 단순히 전도(Conduction)현상에 의해서만 열전달이 일어나지만 유체의 경우 열이 전달되면 대류현상이 생겨나 단순히 전도에 의한 열전달효과보다 더 많은 열이 전달됩니다.

따라서 고체 표면에서의 유체의 열전달현상은 전도(Conduction)와 대류(Convection)현상의 조합에 의한 효과에 의해 이루어집니다.  
고체표면의 유체의 열전달에서 고체 표면은 흐름이 작아 마치 별도의 전도체 면이 가로막고 있는 것 같은 효과를 나타내기 때문에 이 가상의 면을 경계막(혹은 경막)이라고 부르는데  여기서의 열전달이 바로 전도와 대류의 복합효과에 의해 나타나는 것입니다.  이 경계막은 두께가 정해져 있는 것도 아니고 그 경계가 뚜렷이 나타나는 것도 아닙니다

(2) 유체-경막-고체간의 열전달
따라서 질문에서의 유체-경막 간 혹은 경막-고체면 간의 열전달은 모두 전도-대류 현상이 함께 일어나는 영역입니다.  고체면으로부터 멀리 떨어져 있을 수록 대류효과의 비율이 커지고 전도효과는 줄어들게 됩니다.  이 부분은 열전달 해석에서 구분하지 않고 (두께도 모른 채) 하나만의 경막이 있다고 가정하고 이 경막에서의 열전달 계수만 고려합니다.

질문에서처럼 대류, 전도로 구분할 수 없는 영역이 경계막 부분입니다  그러나 대류효과가 주종을 이룬다고 간주하면 됩니다.  실제로 경막계수는 표면에서의 전도와 대류의 복합효과에 의한 것이라고 항상 설명하고 있습니다.

(3) 경막계수
경막계수는 유체의 흐름 상태에 따라 크게 달라지기 때문에 유체의 점도, 밀도, 유속의 영향에 의해 결정됩니다.  유체의 흐름상태를 지표로 잘 나타내 주는 것이 바로 Reynolds No. 입니다.  Reynolds No가 낮는 영역에서는 비교적 전도현상 효과가 크게 작용하고 높은 영역에서는 대류현상이 크게 작용됩니다.

예를 들어 Turbulent 영역에서의 배관 내부에서의 경막계수 h는     Nu(=hD/k)= A*(Re)^0.8(Pr)^0.3 와 같은 형태로 이 식에서 h를 구하면 되는데 Reynolds No.의 0.8승에 비례하고 유체 물성과 관련되는 Pr과  유체의 전도도 k와도 관련됩니다.
  
같은 배관에서 Laminar Flow 영역의 흐름이라면 Nu(=hD/L)= B (wCp/L)^0.3 형태와 유사한 모델식이 사용됩니다. 유속기 아주 낮은 Stream Line Flow인 경우 배관 내부에도 온도차가 크게 차이가 나기 때문에 모델식이 복잡해 집니다.  열전달 장치 즉 열교환기에서는 열전달 효과를 극대화 시키는 대신 압력손실을 최소로 하기 위한 설계가 필요하므로 주로 Turbulent 영역에서 설계합니다.