홈 > 강의소개
열전달Ⅱ
심복철 교수
한양대학교 대학원 기계공학 석사과정
미국 뉴저지주립대학교 대학원 기계항공공학 박사졸업
한양대학교 대학원 기계공학 석사과정
미국 뉴저지주립대학교 대학원 기계항공공학 박사졸업
Rutgers-The State Univ.
한양대학교
현) 유니와이즈 전임교수
AI가 이끄는 스마트한 학습 경험, AI 튜터와 함께 더 빠르고, 더 깊게 학습하세요.
긴 강의 내용을 AI가 핵심만 요약하여 복습 시간을 단축시킵니다.
강의에서 가장 중요한 키워드와 개념을 자동으로 추출해 제공합니다.
학습한 내용을 바탕으로 AI가 생성한 퀴즈를 풀며 이해도를 점검합니다.
모르는 부분을 24시간 언제든 AI 튜터에게 질문하고 답변을 받습니다.
총 6개 챕터, 26강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
|---|---|---|
| 9장. 자유대류 | ||
|
[1강] 자유대류 (1)
|
1:
18:
45
|
|
|
자연대류에서의 지배방정식과 Grashof 수, 수직 평판 자유대류 열전달 상사성 요약
• 자연대류·Boussinesq 근사: 온도차에 의한 밀도차와 중력으로 발생하는 부력 주도 유동, 밀도는 부력항에서만 온도 의존성을 고려하는 Boussinesq 근사하에 연속·모멘텀·에너지 방정식 결합 해석 • Grashof 수·Mixed Convection: 부력/점성력 비를 나타내는 Grashof 수(Gr_L = gβ(T_s − T_∞)L³/ν², Gr_L ≈ Re_L²)와 Prandtl 수를 사용해 자유·강제·혼합대류 지배 영역을 Gr_L/Re_L² 기준으로 판정 • 수직 평판 자유대류 상사해·열전달 상관식: 수직 평판 자유대류에서 Similarity 해를 통해 δ ∝ x·Gr_x^(-1/4) ~ x^(1/4), 국소·평균 Nusselt 수 Nu_x, ȳNu_L ∝ Gr^(1/4)Pr^(1/2)을 도출하고 가열·냉각 평판 모두에 동일 형식의 상관식을 적용 |
||
|
[2강] 자유대류 (2)
|
1:
10:
41
|
|
|
자연대류 난류 전이와 수직·수평 평판 및 원통 상관식 정리
• Rayleigh 수와 유동 영역 구분: Rayleigh 수·Grashof 수·Prandtl 수 정의 및 관계를 통해 층류–천이–난류 전이 기준과 자연·강제·혼합대류 지배 영역 판정 절차 정리 • 형상별 자연대류 상관식: 수직·수평·경사진 평판, 긴 수평원통, 구, 평행 평판 채널에 대한 특성 길이 선택(L, A_s/P, D, S)과 평균 Nusselt 수 상관식(Nu = C Ra^n 형태) 구조 및 적용 조건 체계화 • 자연대류 열전달 해석 절차: 막온도에서 물성 평가 → Rayleigh 수 계산 → 형상·방향에 따른 적절한 상관식 선택 → Nu·평균 열전달계수·열량(Q 또는 q′) 계산 및 고온 조건에서 복사 열전달과의 상대적 중요도 비교 정리 |
||
|
[3강] 자유대류 (3)
|
0:
53:
50
|
|
|
밀폐공간 자유대류 상관식과 혼합대류·물질전달 핵심 정리
• 밀폐 공동·동심원통·동심구 자연대류: Rayleigh 수·Nusselt 수 기반 상관식과 유효전도율 keff 개념으로 임계 Ra에 따른 전도 지배/자연대류(라미너–천이–난류) 열전달 특성 정리 • 혼합대류(mixed convection): Gr/Re² 비로 자유·강제·혼합 지배 영역 판단하고 Nu^n ≈ Nu_FC^n ± Nu_NC^n 상관식으로 보조/반대 흐름 시 열전달 합성 구조 정리 • 자연대류 물질전달 상사: Nu↔Sh, Pr↔Sc, Gr_T↔Gr_m, Ra_T↔Ra_m 치환을 통한 열–물질전달 완전 상사와 수직·수평 평판 자유 물질전달 상관식 구조 정리 |
||
| 10장. 비등 및 응축 | ||
|
[4강] 비등 및 응축 (1)
|
0:
36:
40
|
|
|
비등 및 응축에서의 상변화 열전달 핵심 정리
• 상변화 열전달 개념: 비등·응축에서의 잠열 기반 상변화(액체↔증기)로 열유속·열전달계수 증대, Newton 냉각 법칙 특수형과 풀비등 비등곡선(자유대류→핵비등→천이비등→막비등) 구조 정리 • 상변화 무차원수 및 비등 모드: Nusselt수, Jakob수(Ja: 현열/잠열 비), Bond수(Bo: 부력/표면장력 비), Pr, Gr 등과 자유대류비등·핵비등(ONB, 고립 기포, Jets & Columns, CHF)·천이비등·막비등의 지배 메커니즘 및 열전달 특성 체계화 • 응축 형태와 전열 특성: 응축에서의 잠열 전달 메커니즘과 표면 젖음성에 따른 액적응축(고 h, 개별 액적)·막응축(액막 전도 지배, h 감소) 구조, 표면장력·접촉각·표면특성의 영향 및 설계상 고려사항 정리 |
||
|
[5강] 비등 및 응축 (2)
|
1:
00:
15
|
|
|
풀비등 상관식과 강제대류비등 요약 (핵비등·막비등·임계열유속 중심)
• 풀비등 열전달 체계: 핵풀비등·막풀비등·천이영역 구분과 Rohsenow 상관식·임계/최소 열유속(Zuber식)·막비등(대류+복사+수정잠열) 상관식의 구조 및 매개변수 의존성 정리 • 풀비등 영향 인자와 계산 절차: 중력·물성(σ, h_fg, ρ_l, ρ_v, μ, k, c_p)·액체 과랭·표면조건에 따른 h·q'' 변화와 가열도 기반 영역판정 → 상관식 선택 → 물성 온도선정 → q''·Q·증발률·선열량 계산 절차 체계화 • 강제대류비등 특성: 외부·내부 강제대류비등의 유동 구조(단상→핵비등→슬러그/환상/안개류) 변화, 열전달 계수/최대 열유속 상관식과 Weber 수·유동속도·밀도비에 따른 q''_max 거동 정리 |
||
|
[6강] 비등 및 응축 (3)
|
0:
47:
46
|
|
|
막응축과 액적응축, 수직 평판에서의 층류 막응축 열전달 해석 요약
• 응축 모드와 열전달 특성: 막응축·액적응축·균질응축 개념 정의, 표면 상태에 따른 막/방울 형성 조건, 막응축 대비 액적응축의 높은 열전달계수 및 공학적 설계 시 막응축 기준 사용 경향 정리 • 수직 평판 층류 막응축 모델: 수직 평판 상의 층류 액막 경계층 가정, 운동량·에너지 방정식 단순화 및 경계조건 설정으로 필름 두께·속도·온도 분포와 단위폭 질량유량 도출, 에너지 수지 결합을 통한 $\delta(x)\propto x^{1/4}$·$h_x\propto x^{-1/4}$ 관계 및 평균 열전달계수·Nusselt 수 표현 정리 • Nusselt 상관식·보정 인자와 응축률: 평균 Nusselt 수 식 $\overline{Nu}_L\propto[\rho_l(\rho_l-\rho_v)g h_{fg}' L^3/(\mu_l k_l (T_{\text{sat}}-T_s))]^{1/4}$ 구조 제시, 물질이동·감열 효과 반영을 위한 수정 잠열 $h_{fg}'$와 Jakob 수 $Ja$ 정의 및 역할, 이를 이용한 총 열전달량 $Q=\bar h A (T_{\text{sat}}-T_s)$과 응축률 $\dot m=Q/h_{fg}'$ 계산 절차 정리 |
||
|
[7강] 비등 및 응축 (4)
|
1:
15:
46
|
|
|
난류 막응축과 수직/원통/핀관 계에서의 응축 열전달 정리
• 막응축 유동구조와 영역 구분: 필름기반 Reynolds 수 Reδ와 무차원 파라미터 P로 wave-free laminar·wavy laminar·turbulent 영역을 정의하고, 각 영역별 Nusselt 수–열전달계수 상관식으로 수직 평판·수직 원통·다열 튜브의 평균 열전달계수 h와 응축률 계산 • 형상별 막응축 상관식: 수직 평판·원통·구에 대해 특성길이(L, D)와 계수(0.943, 0.729, 0.826 등)를 사용하는 Nusselt 상관식을 적용하고, 막온도 기준 물성, 자코버 수와 수정 잠열 h_fg′, P-파라미터를 이용해 필름 두께 없이 Nu–P 관계로 재정리하여 열전달률 Q와 응축률 ṁ 산정 • 핀·다열 배열 효과와 향상 인자: 수평·수직 배열 튜브에서 상부→하부로의 필름 유입과 액적응축을 h_D,N = h_D,top N^n 형태 지수 n으로 반영하고, 핀 부착 튜브에서는 표면장력·핀 기하학으로 정의된 향상률 ε = Q_finned/Q_unfinned = ṁ_finned/ṁ_unfinned을 사용해 막응축 대비 응축 열전달 강화 정도를 평가 |
||
|
[8강] 비등 및 응축 (5)
|
0:
23:
58
|
|
|
수평관 내 막응축과 액적응축, 상변화 열전달 요약
• 수평관 내 막응축과 two-phase 유동: 베이퍼 Reynolds 수와 속도에 따른 막유동 vs turbulent annular two-phase 유동 구분, Nusselt 막응축 이론과 보정계수 기반 상관식으로 Nu–h–Q 계산 체계 정리 • 건도·Martinelli 파라미터 기반 two-phase 상관식: 건도 X와 Xtt 정의를 통해 단상 상관식(액체 기준)에서 두상유동 보정항 추가 구조 제시, X→0 단상 극한과 Nu = 0.023 Re^0.8 Pr^0.4 형식으로의 환원 관계 정리 • 액적응축·비등 모드 및 상변화 열전달 구조: 막응축 vs 액적응축 정의와 열전달계수 규모 비교, 구리 표면 액적응축 상관식 특징, 비등 모드·비등곡선·CHF·Leidenfrost 점 개념을 포함한 상변화 열전달 통합 절차(Nu 선택 → h 산정 → Q 계산) 정리 |
||
| 11장. 열교환기 | ||
|
[9강] 열교환기 (1)
|
1:
02:
45
|
|
|
열교환기 형식과 총합 열전달계수 핵심 정리
• 열교환기 형식·유동 배열: 평행·대향·직교유동과 동심 이중관·쉘-앤-튜브·컴팩트 열교환기의 구조, 유동 혼합/배플/멀티패스에 따른 대류 열전달 특성 구분 • 총합 열전달계수 U와 열저항 모델: 양측 대류, 벽 전도, 핀, 오염 열저항을 직렬 합으로 묶어 UA = 1/R_T로 표현하고, 원통관에서 내·외측 면적 기준 U_i·U_o 관계 및 전도·비지배측 대류 무시 근사 조건 정리 • 핀 효율·총합 표면 효율·오염계수: 핀 효율 η_f와 총합 표면 효율 η₀로 유효 열전달 면적을 보정하고, 오염계수 R''f를 대류 열저항과 직렬 추가하여 장기 운전 시 U 감소 및 대표 값 범위 반영한 열교환기 성능 평가 구조 정리 |
||
|
[10강] 열교환기 (2)
|
1:
11:
09
|
|
|
열교환기 해석 – 로그평균온도차(LMTD)와 특수 작동조건 정리
• 열교환기 에너지 수지와 열용량률: 단열·정상상태 가정하에 열린계 에너지 보존식으로부터 q=ṁ(h_out−h_in)=ṁc_pΔT, 열용량률 C=ṁc_p 정의 및 q=C_HΔT_H=C_CΔT_C 관계 설정 • 로그평균온도차(LMTD)와 유동 형식: 미소 구간 에너지 수지와 dQ=UΔT dA로부터 q=UAΔT_lm 및 ΔT_lm=[(ΔT_1−ΔT_2)/ln(ΔT_1/ΔT_2)] 도출, 평행유동·대향유동에서 ΔT_1·ΔT_2 정의 차이와 ΔT_lm,CF>ΔT_lm,PF 및 실제 열교환기에서 보정계수 F 적용 구조 정리 • 특수 작동조건과 설계 절차: 상변화 시 C→∞로 한쪽 온도 거의 일정, C_H=C_C일 때 ΔT_1=ΔT_2=ΔT_lm가 되는 온도분포 특성 및 에너지 수지→출구온도·q 결정→LMTD 계산→상관식으로 h_i·h_o·U 산정→q=UAΔT_lm으로 전열면적·관 길이 설계 절차 정리 |
||
|
[11강] 열교환기 (3)
|
0:
50:
50
|
|
|
열교환기 해석 유용도-NTU법 핵심 정리 및 예제 11.2 풀이
• 유용도-NTU법 기본 개념: 열교환기 유용도 ε = q/q_max, 최대 열전달량 q_max = C_min(T_hi − T_ci), 열용량률 C_h·C_c와 열용량비 C_r = C_min/C_max 정의 및 LMTD법과의 활용 범위 비교 • NTU와 ε–NTU 관계: NTU = UA/C_min 무차원 성능 지표 정의, ε = f(NTU, C_r) 일반식과 평행류·대향류·직교유동 등 유동 배열 및 혼합 여부별 ε–NTU 상관식, C_r = 0일 때 ε = 1 − exp(−NTU) 공통 특수 관계 • NTU법 설계 절차: 주어진 입·출구 온도와 유량으로 C_min·C_max·C_r·q·q_max·ε 계산 → 표/도표로부터 NTU 결정 → NTU = UA/C_min 식으로 필요한 열전달 면적 A 산정 (직교유동 비혼합 열교환기 예제 11.2 적용) |
||
|
[12강] 열교환기 (4)
|
1:
14:
37
|
|
|
열교환기 설계·성능계산, NTU·LMTD 적용과 복잡 열교환기 예제 정리
• 열교환기 해석 개념: 설계 문제(형식·면적·길이 결정)와 성능 문제(열전달률·출구온도 계산) 구분, 총괄열전달계수 U·LMTD·NTU·유용도 ε·열용량비 Cmin·Cmax·CR를 이용한 공통 해석 구조 정리 • ε–NTU/LMTD 해석 절차: 설계 시 ε–NTU법으로 CR·NTU·U·A 연계 계산, 성능 계산 시 UA·Cmin·Cmax→NTU→ε→Q→출구온도 순서 적용, 상변화·고온측 온도 일정 조건에서 CR=0 처리와 평행·대향·직교유동별 ε(NTU,CR) 관계식 선택 • 복합 열교환기 응용: 직교유동 핀 부착 열교환기, 원통다관형 응축기, 핀을 가진 콤팩트 히트싱크 사례를 통해 내부/외부 대류와 전도 결합으로 U 산정, 핀 효율·유효 전열면적·열저항 네트워크로 UA 계산, LMTD법과 ε–NTU법 결과 비교 및 콤팩트 열교환기·열전달 향상 설계 개념 통합 이해 |
||
| 12장. 복사: 과정 및 물성값 | ||
|
[13강] 복사: 과정 및 물성값 (1)
|
1:
18:
29
|
|
|
복사 열전달 기초 개념과 복사강도 정의 정리
• 열복사 기초 개념: 전도·대류와 구분되는 전자기파 기반 열전달 모드, thermal radiation 파장 영역(0.1–100 μm)과 투명·반투명체 vs 불투명체에서의 부피/표면 방사 특성 및 파동·입자 이중성 구조 정리 • 복사 열유속 및 표면 특성량: 방사력(E)·조사(G)·출사(J)·순복사열유속(qʺ_rad) 정의와 관계식(qʺ_rad = J − G), 반사율(ρ)·흡수율(α)·투과율(τ) 에너지 보존식(ρ+α+τ=1, 불투명체에서 ρ+α=1), 흑체·에미시비티(ε)·Stefan–Boltzmann 법칙(E_b=σT⁴, E=εσT⁴, qʺ_rad=εσ(T_s⁴−T_sur⁴)) 체계 정리 • 복사강도와 입체각: 복사강도 I·스펙트럴 복사강도 I_λ의 정의와 단위(W/m²·sr, W/m²·sr·μm), 구면좌표와 입체각 dω=sinθ dθ dφ 및 반구 입체각 2π sr, 방향·파장 적분을 통한 전체 복사열유속 산출 구조 이해 |
||
|
[14강] 복사: 과정 및 물성값 (2)
|
1:
26:
22
|
|
|
복사강도, 조사, 라디오시티, 흑체복사 핵심 정리 (열복사 파트)
• 복사강도·방사력·조사·라디오시티: 스펙트럴/토탈, 디렉셔널/해미스페리컬 구분을 기반으로 복사강도→방사력(E), 조사(G), 라디오시티(J)로의 적분 관계와 확산표면에서의 단순화 관계(예: Eλ=πIλ, Gλ=πIi,λ, Jλ=πIe+r,λ) 정리 • 입체각·투영면적·순 복사열유속: 입체각 정의(dω=dAcosθ/r²)와 투영면적 개념으로 방출율 Q1→j, 조사 G, 라디오시티 J를 계산하고, 비투과 표면에서 순 복사열유속 qrad''=J−G로 출입 복사에너지 정량화 • 흑체복사·Planck 분포·Wien 변위법칙: 흑체를 최대 방사·완전 흡수·확산방사 기준물로 정의하고, Planck 스펙트럴 방사식(Eb,λ, C1, C2), Wien 변위법칙(λmaxT=Cλ) 및 온도에 따른 피크 파장 이동과 전체 방사력 증가 특성 정리 |
||
|
[15강] 복사: 과정 및 물성값 (3)
|
1:
19:
37
|
|
|
흑체 복사, Stefan-Boltzmann 법칙과 띠방사, 실제 표면 방사율 요약
• 흑체 복사와 Stefan-Boltzmann 법칙: Planck 분포를 전파장 적분해 전체 흑체 방사력 $E_b=\sigma T^4$를 정의하고, 작은 개구를 가진 밀폐공간을 이상 흑체로 모델링하여 조사·방사력·알짜 복사유속 계산에 적용 • 띠방사와 blackbody radiation function: 무차원 변수 $\lambda T$에 대한 띠방사 분율 $F_{0\to\lambda}(T)$ 및 $F_{\lambda_1\to\lambda_2}$을 정의하고, 표 12.1의 blackbody radiation function으로 특정 파장띠·방향 제한 조건에서의 방사력과 최대 스펙트럼 방사량을 평가 • 실제 표면 방사와 방사율: 스펙트럴·방향·전헤미스퍼리컬·총 방사율 $\varepsilon$을 정의하고, 비흑체 표면의 복사열전달식 $q_{\text{rad}}''=\varepsilon\sigma(T_s^4-T_{\text{sur}}^4)$와 함께 금속·비금속 재료의 온도·파장·표면 상태에 따른 대표적 방사율 거동을 구조적으로 정리 |
||
|
[16강] 복사: 과정 및 물성값 (4)
|
1:
01:
10
|
|
|
1600K 실제 표면 방사와 흡수·반사·투과, 예제 12.6–12.7 정리
• 실제 표면 방사 특성: 스펙트럼(방향) 방사율·반구방사율·방사력·복사강도를 블랙바디 분율 함수 F₀→λ(T)와 표 12.1 계수로 가중·적분해 구하는 방법(예제 12.6, 12.7 포함) • 반투명·불투명 매질 에너지 분배: 조사 Gλ에 대한 반사·흡수·투과의 분할, 파장·재료에 따른 반투명/불투명 판정, 태양·열복사 파장대에 따른 유리의 투명/차단 거동 및 색을 결정하는 스펙트럼 반사율 개념 • 흡수율 개념과 블랙바디 조사: 스펙트럼/반구/전체 흡수율 정의와 적분식, 조사 스펙트럼 분포(특히 블랙바디 온도 T_b)에 따른 전체 흡수율의 가중 평균 구조와 표면 온도와의 상대적 독립성 정리 |
||
|
[17강] 복사: 과정 및 물성값 (5)
|
1:
12:
39
|
|
|
복사열전달에서 반사율·투과율·Kirchhoff 법칙·회체표면 핵심 정리
• 반사율·투과율·흡수율 개념: 스펙트럼·방향별 정의(ρλ, τλ, αλ)와 총괄 값(ρ, τ, α), 반투과/비투과 매질에서의 에너지 보존 관계 α+ρ+τ=1, α+ρ=1 및 diffuse/specular 반사 특성 정리 • 스펙트럼 적분과 전체 특성: 스펙트럼 반구흡수율·반사율·투과율로부터 전체 값 계산(∫αλGλdλ/∫Gλdλ, blackbody fraction function F0→λ 사용), 태양복사·덮개유리·세미투명 재료 설계 및 순복사열유량 qnet=αG−εσT4 평가 절차 정리 • Kirchhoff 법칙·회체표면: ελ(θ,φ)=αλ(θ,φ) 스펙트럼 관계, 흑체 조사·동일 온도 조건에서 총괄 ε=α 성립 조건, 흑체 방사력 상한 개념, 회체표면(gray surface) 정의(λ·방향 무관 ελ, αλ 상수화)와 diffuse 표면·diffuse 조사에서의 적용 기준 정리 |
||
|
[18강] 복사: 과정 및 물성값 (6)
|
1:
09:
43
|
|
|
비회색 확산표면의 방사, 환경복사, 태양복사 및 지구복사 정리
• 비회색 확산표면 및 Kirchhoff 법칙: 스펙트럼 흡수율·방사율 정의, 플랑크 분포함수 기반 대역 평균 α·ε 계산, 회색·열평형 조건에서만 ε=α 성립 구조 정리 • 태양–지구–대기 복사 시스템: 태양 상수·지구 평균 조사량·직달/확산 복사 분해, 대기 흡수·산란(Rayleigh/Mie)과 스펙트럼 창·온실기체( CO2·H2O )에 의한 복사 평형·지구온난화·온실효과 메커니즘 정리 • 지구 및 공학 응용 복사 특성: 지표·대기 방사율과 유효 하늘온도 개념, 야간 결빙 조건의 복사 지배 열수지, 선택적 흡수표면을 갖는 평판 태양열 집열기의 에너지 수지·유용 열제거율·열효율 계산 절차 정리 |
||
| 13장. 표면 사이의 복사교환 | ||
|
[19강] 표면 사이의 복사교환 (1)
|
1:
37:
22
|
|
|
표면 사이 복사교환: 형상계수와 흑체 복사교환 핵심 정리
• 형상계수와 기하 관계: 인클로저·비참여 매질·등온·불투과·확산·회색표면 가정 하에서 정의되는 형상계수 F_ij의 적분 정의, 물리적 의미(복사 분율), 상호관계 A_iF_ij=A_jF_ji 및 합산법칙 Σ_jF_ij=1과 표 형상계수·세분 표면 합산 성질 정리 • 형상계수 계산 및 응용 기하: 평행 평면·원판·상자·덕트·원관 등 2D·3D 기하에 대한 형상계수 표 활용, 정의식 직접 적분·대칭성·자가형상계수 특성 사용, 세분 및 면적비·합산법칙으로 복잡 기하의 F_ij를 체계적으로 계산하는 절차 정리 • 흑체 복사교환과 다표면 인클로저: 흑체 특성(α=1, ρ=0, E_b=σT^4)과 라디오시티 단순화, 두 흑체 간 순복사열전달식 q_ij=A_iF_ijσ(T_i^4−T_j^4) 및 N개 표면 인클로저에서 q_i=Σ_jA_iF_ijσ(T_i^4−T_j^4) 적용, 원통형 노 등 다표면 예제에서 온도 동일 표면 쌍 소거와 F_i5 계산 전략 정리 |
||
|
[20강] 표면 사이의 복사교환 (2)
|
1:
05:
07
|
|
|
밀폐공간 복사교환, 표면·공간 저항, 열회로 해석 및 예제 13.4
• 표면 복사교환·표면저항: Radiosity–조사량 기반 알짜 복사열전달식(q = A(J−G))과 회색·불투과 표면에서의 $R_{s,i}=(1-\varepsilon_i)/(\varepsilon_i A_i)$ 정의를 통해 흑체출사량–Radiosity 차이를 표면저항으로 모델링 • 공간(형상)저항·밀폐공간 해석: 형상계수와 상호관계식으로 $q_{ij}=A_iF_{i\to j}(J_i-J_j)$, $R_{g,ij}=1/(A_iF_{i\to j})$를 도입하여 복수 표면 밀폐공간의 Radiosity 연립방정식 구성 및 개구부·주변을 흑체로 근사하는 해석 절차 정립 • 복사 열회로 및 예제 13.4 해석: 표면저항–공간저항 네트워크(방사 회로)를 구성해 곡면 흡수기–평판 가열기–주변벽 시스템의 형상계수 계산(가상 평판 포함), Radiosity 해·알짜 복사열전달률 산정 등 직접식·열회로식 동등 해석 구조 정리 |
||
|
[21강] 표면 사이의 복사교환 (3)
|
1:
02:
47
|
|
|
복사 열전달: 두 표면 밀폐공간, 차폐제, 재복사 표면 요약
• 두 표면 및 다표면 밀폐공간 복사교환: 비투과·확산·회체 표면 사이 열전달을 표면 저항·공간(형상) 저항 기반 복사 회로망으로 모델링하고, $\sigma(T_1^4-T_2^4)$ 구동 포텐셜과 형상계수·면적비를 활용해 열유속·열전달률을 계산 • 복사 차폐제와 다중 차폐: 낮은 방사율(고반사) 차폐 표면을 두 표면 사이에 삽입해 표면·공간 저항을 추가함으로써 복사 열전달을 감소시키며, 동일 방사율·동일 면적 계에서는 차폐 개수 N개일 때 $Q_{N\text{ shields}}=\frac{1}{N+1}Q_0$ 관계로 열전달 감소를 정량화 • 재복사 표면과 응용 예제: 순복사열유량 0($q_R=0$) 조건의 재복사 표면에서 $J_R=G_R=E_{bR}$을 이용해 라디오시티와 온도 $T_R=(J_R/\sigma)^{1/4}$를 결정하고, 동심 원관·삼표면 덕트 등 예제에서 형상계수·라디오시티 평형식을 결합해 차폐 효과와 재복사 표면 온도·단위 길이당 열전달률을 해석 |
||
|
[22강] 표면 사이의 복사교환 (4)
|
1:
08:
19
|
|
|
다중모드 열전달, 참여매질 복사, 형상계수 요약
• 다중모드 열전달·열해로 모델: 전도·대류·복사가 동시에 작용하는 시스템에서 $q_{ext}=q_{rad}+q_{conv}+q_{cond}$ 정의, 복사저항–공간저항–대류/전도저항을 직렬·병렬 결합한 통합 열해로 및 단열 표면의 $q_{rad}=q_{conv}$ 조건 정식화 • 참여매질 복사·Beer 법칙·기체 특성: 비참여·참여 매질 구분, Beer 법칙에 의한 체적 흡수와 $\tau_\lambda,\alpha_\lambda,\varepsilon_\lambda$ 관계, $CO_2$·$H_2O$ 등 극성 기체의 분압·평균 광선길이(Mean beam length)를 이용한 혼합기체 Emissivity/Absorptivity 모델과 가스–표면 복사열전달 식 정리 • 형상계수와 복사 회로 개념: 형상계수 $F_{ij}$ 정의·상호관계·합산법칙, radiosity–irradiation 기반 복사저항 회로 구성, 재복사 표면·복사차폐물의 기능과 다중 표면 밀폐공간 복사 교환 해석 절차 요약 |
||
| 14장. 확산 물질전달 | ||
|
[23강] 확산 물질전달 (1)
|
1:
06:
31
|
|
|
확산 물질전달: 농도구배에 의해 발생하는 물질이동 현상으로, 열전도와의 수학적 아날로지(구동잠재력: 농도구배 vs 온도구배, 확산계수 D vs 열전도계수 k, 농도·조성·상태량 관계 포함) 정리
Fick의 확산법칙·물질확산계수: 몰·질량 기준 확산 플럭스 정의(J\*_A, j_A)와 농도·질량분율 구배의 선형 관계, 확산계수 D_AB의 물리적 의미 및 T·p·분자량 의존성, Lewis수와 기체·액체·고체에서의 D와 α 비교 정체 매질·비정체 매질과 플럭스 구조: 정체 매질 근사 조건과 비정체 매질에서 상대(확산) 플럭스와 대류 플럭스를 합한 절대 플럭스 표현(N''_A = J\*_A + C_A v\*, n''_A = j_A + ρ_A v), 몰·질량평균속도 정의와 성분 보존 구조 |
||
|
[24강] 확산 물질전달 (2)
|
1:
19:
43
|
|
|
원통형 계면 증발과 정체·비정체 매질에서의 물질전달 요약
• 비정체매질 물질전달: 성분 A·B 혼합기체에서 절대 몰유속을 확산 텀(Fick 법칙)과 대류 텀(혼합물 평균운동)으로 표현하고, B 불용성·N_B'=0 조건에서 로그형 농도분포와 플럭스식을 유도 • 정체매질 근사와 한계조건: A가 희박(x_A≪1)할 때 1−x_A≈1 근사로 절대 몰유속이 순수 확산식(Fick 법칙)으로 단순화되며, 열전달 전도식(q=−k∇T)과 구조적으로 동일한 아날로지 형성 • 원통형 계면 및 방수직물 예제: 원통형 개구를 통한 수증기 전달에서 확산+대류 해와 정체매질 근사를 비교해 대류 효과의 크기를 정량 평가하고, D_AB∝T^(3/2) 관계를 통해 증발률의 온도 의존성과 설계 시 매질 운동·기하 형상의 영향 분석 |
||
|
[25강] 확산 물질전달 (3)
|
1:
19:
37
|
|
|
정체매질에서의 성분보존, 확산방정식, 계면 경계조건 핵심 정리
• 정체매질 성분보존·확산방정식: 저장=유입−유출+생성 구조에서 Fick 법칙을 결합해 종확산방정식 도출, 열전도 방정식과 동일 구조로 정상·비정상, 1·3차원 확산 해석 및 물질전달 저항 정의 • 정상상태 확산 해석: 평판·원통·구형 정체매질에서 선형·로그·역반경 농도 분포와 플럭스 계산, 발포포장·헬륨 누출·플라스틱 막 수소 확산 예제로 물질전달량·압력변화율 산정 절차 정리 • 계면 농도 불연속·경계조건: 가스-액체·가스-고체 계면에서 농도 불연속을 Raoult 법칙, Henry 법칙, 고체 용해도(Solubility) 및 표면반응 플럭스 조건으로 연결해 가스측·액체측·고체측 경계농도 설정 방법 체계화 |
||
|
[26강] 확산 물질전달 (4)
|
0:
46:
44
|
|
|
촉매 표면반응과 균질반응 확산, 과도확산 총정리
• 촉매 표면반응·극한거동: 이질 0차·1차 반응을 플럭스 경계조건으로 처리하고, $k_1L/D_{AB}$에 따른 반응지배(극한반응)·확산지배(극한확산) 조건에서 농도·플럭스 분포와 지배 저항 분석 • 균질반응 확산·균막 설계: 균질 1차 반응이 있는 확산 지배방정식과 쌍곡함수 해, 불침투 경계조건을 이용한 농도·소모율 분포 도출 및 항생제 균막(biofilm) 내 확산–반응 결합을 통한 최대 허용 두께 설계 • 과도확산·열전달 아날로지: 1차원 과도 확산 방정식의 무차원화(Fourier 수, Biot 수)와 열전도 방정식과의 변수 치환 아날로지 정리, 열전달 무한급수·근사해를 질량전달 문제에 직접 적용하는 절차와 조건 정리 |
||
심복철 교수님
열전달Ⅱ
