열 및 물질 전달(2) 대류

1. 대류의 원리

대류는 열을 전달하는 대표적인 방법으로, 열 때문에 기체나 액체가 아래위로 뒤바뀌며 움직이는 현상을 말한다.

공기가 뜨거워지면 팽창하여 주변의 공기보다 밀도가 작아져 부력이 생겨 올라간다.

위쪽의 온도가 낮고 밀도가 큰 공기는 공기의 빈자리를 채우기 위해 내려간다.

이 과정을 반복하면 전체 공기가 순환된다.

즉 대류현상은 따뜻한 공기는 올라가고 찬 공기가 아래로 내려가면서 순환이 이루어지는 과정입니다.

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2. 대류현상 예시

구름의 생성과 바람이 생김

에어컨은 위에 설치, 히터는 아래 설치

촛불이나 향 연기가 올라감

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3. 대류 열전달

대류현상과 원리는 비슷하지만 열이 가해진 액체나 기체 상태의 입자가 직접 이동하면서 열이 전달되는 것을 대류 열전달(Heat Convection)이라고 한다.

(1) 대류 열전달계수

어느정도로 대류가 잘 일어나는지 나타내는 계수

h: 대류열전달계수

A: 벽체의 면적

T: 온도

다른 표현(2)

Q: 열전달률, W=J/s

A: 열전달 표면적, m^2

U: 총괄 열전달계수, W/(m^2K)

T: 대수 평균 온도차, K

 

금속 열전달 계수 구하는 방법

λ = 열전도도, W/(mK)

 

자연대류 계수(Natural Convection Coefficient)와 강제대류 열전달(Forced Convective Heat Transfer)에서 열에너지량의 크기를 나타내는 강제대류 계수(Forced Convection Coefficient)로 구분이 된다.

자연대류 열전달(Natural Heat Convection)은 유체의 종류에 크게 영향 받음

강제대류 열전달(Forced Convective Heat Transfer)는 유체 속도와 유동 방향, 물체 표면이 이루는 각도 등에 따라서 달라지게 된다. 

 

(2) 대류 열전달계수를 증가시키는 방법

대류계수가 커질수록 방출 or 유입되는 열의 양이 증가한다.

-대류열전달율을 증가시키는 방법 열교환장치의 표면적 확대

-유체유동 속도증가

-경계조건 및 유체의 물성치 변화