기계공학응용실험-대류열전달

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목차

① 열전달 방식의 종류와 원리에 대해 설명하시오.
② 대류열전달계수를 결정하는데 관련 있는 무차원 수들과 그 의미에 대하여 설명하시오.
③ 확장 표면의 성능과 효율을 평가하는 지표에 대해 설명하시오
④ 그림과 같이 단열되어 있는 챔버 내부에 강철판이 놓여 있고, 강철판과 내부 공기 및 챔버 내부벽은 열평형을 이루고 있다고 가정하자. 이 상태에서 강철판 하부에서 충분히 큰 열량이 지속적으로 공급된다고 가정할 때, 시간이 경과함에 따라 내부에서 일어날 수 있는 모든 열전달 상황을 그림을 그려서 설명하시오.

본문내용

⓵ 열전달 방식의 종류와 원리에 대해 설명하시오.

열전달에는 열이 이동하는 형태에 따라 정상열전도와 비정상열전도가 일어난다. 정상열전도는 온도구배과 전열량이 시간에 따라 변하지 않고 일정하게 유지되는 열이동현상을 말하며, 비정상열전도란 온도구배와 전열량이 시간에 따라 변하는 열이동현상을 의미한다. 또한 열전달에는 유체흐름이 자유대류일 경우와 강제대류인 경우가 있는데 자연대류 열전달이란 유체의 종류와 관계없이 가열과정의 결과로 인해 열전달 표면 근처에서 밀도가 감소할 때 유체에 미치는 부력에 의해 발생하는 열전달을 말한다. 반대로 강제대류 열전달은 공기가 자연적인 대류에 의한 방법이 아니라 송풍기 등의 장비를 이용해 공기가 가열된 판을 따라 움직일 때의 열전달을 의미한다.
열전달에 대한 일반적인 정의는 열전달은 온도차에 의해 이동하는 열에너지의 흐름이다. 하나의 매질 또는 매질과 매질 사이에서 온도차가 존재할 떼는 언제나 열전달이 반드시 수반되며 다음과 같은 3가지의 종류로 표현될 수 있다.

< 중 략 >

③ 확장 표면의 성능과 효율을 평가하는 지표에 대해 설명하시오


확장표면이란 고체 내에서 전도에 의한 열전달과 고체의 경계로부터 대류 및 복사에 의한 열전달을 포함하는 특별한 경우이다. 전도와 대류가 결합된 효과를 포함하는 다른 경우가 많이 있지만, 가장 흔한 응용은 고체와 이에 인접한 유체 사이에서 열전달률을 증가시키기 위하여 특별히 확장표면을 사용하는 것이다. 이러한 확장표면을 핀이라 한다.
열전달률을 증가시킬 수 있는 방법으로는 유체의 속도를 증가시킴으로써 대류열전달계수 h를 증가시키거나 유체온도 T∞를 낮추는 것이다. 하지만 h를 증가시키는 것은 원하는 열전달률을 얻는데 불충분하거나, 부수비용이 비싸다. 또한 T∞를 감소시키는 방법은 비현실적이다. 가장 이상적인 방법은 대류가 일어나는 표면적을 증가시켜 열전달률을 증가시키는 것이다.

참고 자료

없음

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