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열전달
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총 14개 챕터, 29강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 열전달 오리엔테이션
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열전달 과목 오리엔테이션 및 학습 범위 개관
• 열전달 과목 개요: 열전달 정의와 공학적 중요성, 열역학·유체역학과의 법칙 연계, 에너지 효율·탄소 저감 기반 과목으로서의 역할 정리 • 열전달 모드 및 응용: 전도·대류·복사 3모드의 지배 원리·해석법과 비등·응축·열교환기·복사 교환·물질 확산 아날로지 등 열유체 응용 구조 정리 • 해석 기법과 학습 전략: 1·2차원 및 비정상 전도 해석(집중용량법·수치해석), 강제·자연대류와 무차원수 활용, 열교환기 LMTD·NTU 방법, 이론 이해·예제 풀이 중심 학습 방법 제시 |
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| 1장. 입문 | ||
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[2강] 열전달 입문
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열전달 입문: 전도·대류·복사와 열역학 1·2법칙 정리
• 열전달 모드와 기본식: 전도(Fourier 법칙, 열전도율 k)·대류(Newton 냉각법칙, 대류계수 h)·복사(Stefan–Boltzmann 법칙, 방사율 ε, 조사 G) 정의와 열유속·열전달률·복사 열전달계수 정리 • 열저항·에너지 평형: 전도·대류·복사의 열저항식(R_cond=L/kA, R_conv=1/hA, R_rad=1/h_rA)과 열저항 회로, 표면 에너지 평형 및 복합 모드(전도+대류+복사) 열손실·열이득 해석 절차 정리 • 열역학 법칙과 해석 절차: 열역학 1법칙에 기반한 컨트롤 볼륨 에너지 보존식과 정상·비정상 온도변화 해석, 2법칙과 Carnot 효율·열저항이 효율에 미치는 영향, SI 단위·차원 및 전형적 열전달 문제 풀이 단계 정리 |
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| 2장. 전도 | ||
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[3강] 전도
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열전달 2장 전도: 전도율·열확산·경계조건 핵심 정리
• 전도 열전달·Fourier 전도율 방정식: 열유속·열전달율 정의, 직교·원통·구형 좌표계에서의 q'' = -k ∇T와 1차원 전도식 구조 정리 • 열물성 및 열확산 방정식: 열전도율 k, 체적 열용량 ρc_p, 열확산율 α 정의와 물질·온도 의존성, 에너지 보존으로부터 유도된 일반 열확산 PDE 형태(내부발열 포함) 정리 • 초기조건·경계조건 체계: Dirichlet·Neumann·단열·대류(혼합형) 경계조건과 T(x,y,z,0) 초기조건의 역할, 1D·3D 문제에서 PDE–IC–BC 설정 절차 및 예제 적용 구조 정리 |
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| 3장. 1차원 정상상태 전도 | ||
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[4강] 1차원 정상상태 전도(1)
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1차원 정상상태 전도: 평면·원통·구, 열저항과 복합벽 정리
• 1차원 정상상태 전도 해석: 평면·원통·구 좌표계에서 열발생 없음·k 일정 조건의 온도분포(선형·로그·역비례)와 일정 열유속·열전달률 공식 정리 • 열저항·열회로 모델: 전도·대류·복사를 열저항 회로로 표현하고, 평면·원통·구 전도 열저항, 복합벽(직렬·병렬), 접촉열저항, 총합 열전달계수 U 및 다공성 물질 유효 열전도율 구조화 • 응용 계산 구조: 잠수복 단열두께·피부온도, 칩–에폭시–기판 최대온도, 원추형 막대 적분법, 배관·구형 물체 전도–대류 결합 문제를 열저항 네트워크와 q=ΔT/R_total로 해결하는 절차 정리 |
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[5강] 1차원 정상상태 전도(2)
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열발생이 있는 1차원 전도, 원통/구 및 확장표면(핀) 요약
• 열발생 1차원 전도 해석: 평면·원통·구 기하에서 내부 열발생이 포함된 지배미분방정식 설정, 단열·대칭·대류 경계조건 적용을 통한 온도분포 및 표면온도 계산, 에너지 보존과 열저항 네트워크를 이용한 복합벽·관 해석 • 원통·구 좌표계 열발생 전도: 원통·구형 좌표에서 축대칭 1차원 정상전도 방정식 유도, 적분상수는 단열·대류·지정온도 경계조건으로 결정, 전체 생성열 = 외부 대류열 관계로 표면온도-열발생 연계 • 확장표면(핀) 해석: 1차원 축방향 전도와 옆면 대류를 결합한 일반 핀 에너지 방정식 구성, 균일 단면 핀에서 $m^2=hP/(kA_c)$·$\theta=T-T_\infty$ 정의를 통한 온도분포 해와 끝단조건(단열·대류·무한핀)에 따른 핀 열전달률 계산식 도출 |
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[6강] 1차원 정상상태 전도(3)
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열전달 3장 확장표면·열전소자·생체열 요약 (6강)
• 균일·불균일 단면 핀 해석: $m=\sqrt{hP/(kA_c)}$ 기반 온도분포·열전달률(단열 끝, 끝온도 지정, 무한핀)과 무한핀 근사 길이, 핀 유효도·효율·핀 열저항, 다핀 적용 시 총합 표면 효율 및 열회로 병렬저항 모델 정리 • 응용 열전달 시스템: 오토바이 실린더 환형 핀의 열방출 증가 계산, 생체열 방정식의 fin 형태 등가 해석, 열전소자의 Seebeck·Peltier 효과를 이용한 열전 발전·냉각 모듈 성능 평가 개념 정리 • 전도 방정식 확장 개념: 3차원 비정상 전도 방정식과 1차원 정상 상태(열원 유·무) 단순화, 마이크로·나노 스케일에서 평균 자유 경로 효과에 따른 유효 열전도율 변화와 연속체 모델 한계 개념 정리 |
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| 4장. 2차원 정상상태 전도 | ||
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[7강] 2차원 정상상태 전도
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2차원 정상상태 열전도: 변수분리법, 형상계수, 유한차분법 핵심 정리
• 2차원 정상상태 열전도 해석법: 라플라스 방정식 기반 변수분리법 적용 범위와 한계, 전도 형상계수 S·무차원 전도 열전달률 q_ss*를 이용한 표준 해법 및 임계 단열 반경·편심 단열 저항 분석 • 유한차분법(FDM) 지배방정식: 절점 격자 구성과 2차 미분 차분 근사, 열생성·대류·단열·코너 경계 포함 에너지 평형식으로부터 내부·경계 절점 차분식 일반형 유도 • 수치해 계산 및 검증: 차분식의 행렬화 A·T=C 구성, Gauss-Seidel 반복법에 의한 온도장 수렴 해 계산, 에너지 평형 오차·격자 독립성(Grid Independence)을 통한 수렴·정확도 평가 체계 정리 |
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| 5장. 과도 전도 | ||
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[8강] 과도 전도(1)
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과도 전도 집중용량법과 일반해석, 예제 정리
• 과도 열전도·집중용량법(LCM) 기본 개념: 비정상 전도 지배식, 내부온도 균일 가정, 에너지 보존식으로부터 무차원 온도·열적 시간상수 τ·Fourier 수 Fo와 Biot 수 Bi(특성길이 Lc=V/A 등)를 이용한 LCM 타당성 조건(Bi≤0.1) 및 θ* = exp(−Bi·Fo) 관계 정리 • LCM 일반 해석 구조: 대류·복사·내부발열·외부입열을 포함한 비정상 에너지 평형식으로 1계 선형/비선형 비제차 미분방정식 구성, 복사 전용·복사 없는 경우·변수 대류계수(h(T)) 상황에서의 해 형태와 등가 복사계수 hr, 유효 열전달계수 heff=h+hr 및 정상상태 한계 온도 도출 원리 정리 • 과도 전도 공학 응용 예제: 열전대 구형 접점 응답 시간과 형상 설계(예제 5.1–5.2), 알루미늄 패널 코팅 공정 가열·냉각 시간 계산(예제 5.3), 병원균 입자의 주기적 가열·냉각 시 온도 응답과 파괴 여부 평가(예제 5.4)를 통해 Biot 수 검증–LCM 적용–무차원 해·수치적 적분 절차를 통합적으로 활용하는 구조 정리 |
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[9강] 과도 전도(2)
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과도 전도: 공간적 영향, 평면벽·원통·구의 근사해 정리
• 무차원 과도전도 해석: 무차원 온도·위치·시간(Fourier 수)와 Biot 수를 도입해 1차원 과도 전도의 지배방정식을 표준화하고, 초기·경계조건에 따른 평면벽·원통·구의 일반 해 구조를 정리 • 평면벽·원통·구의 근사 해법: 분리해법으로 얻는 무한급수해를 Bi와 Fo 기반의 표(고유값 ζ₁, 계수 C₁)로 축약하고, Fo>0.2에서 1항 근사로 온도 분포·중심온도·총 에너지 변화(Q/Q₀)를 계산하는 절차 정리 • LCM 적용성 및 예제 응용: Bi<0.1에서 집중정수모델(LCM)을 사용하고 Bi>0.1에서 공간적 해를 사용하는 기준을 제시하며, 평면벽과 구 형상 예제를 통해 Bi·Fo 계산, 무차원 해 적용, 표면/중심 온도, 열유속, 가열·냉각 시간 및 단위 길이당 에너지 전달량 계산 절차를 통합 정리 |
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[10강] 과도 전도(3)
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반무한 고체와 반무한 고체 해석의 응용 개념 정리
• 반무한 고체 비정상 전도 해석: Fo<0.2 조건에서 상사변수 η를 도입해 1차원 열전도 PDE를 ODE로 변환하고, error function(erf)으로 온도 분포·표면 열유속·열적 투과 깊이 δp를 해석하는 기법 • 두 반무한 고체 접촉 해석: 접촉면 열유속 연속과 k(ρc_p)^{1/2} 조합을 이용해 접촉면 온도 T_s를 결정하고, 반무한 근사(δ_p ≪ 두께) 여부를 통해 발바닥–데크 등 접촉 가열 문제를 평가하는 방법 • 무차원 열전달 해석: 무차원 전도 열전달률 q* = 1/√(πFo), 누적 에너지 비 Q/Q_0 = (2/√π)√Fo, 그리고 주기적 가열 시 지수 감쇠·위상차가 있는 사인형 온도 응답으로 초기 과도 전도와 주기적 경계조건 영향을 정량화하는 구조 |
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[11강] 과도 전도(4)
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과도 전도에서의 유한차분법과 안정성, 예제 정리
• 유한차분법(FDM)과 과도 전도: 공간·시간 이산화를 통한 1·2차원 과도 전도 해석, 현시적·암시적 스킴 구조와 연료 소자 평면벽 예제를 통한 경계조건·열발생 처리 절차 정리 • 안정성 조건과 무차원수: 현시적 FDM의 계수 부호 기반 안정성, 푸리에 수(Fo)·비오트 수(Bi) 조건으로 Δt 상한 결정 및 대류 경계 포함 시 Fo(1+Bi) 한계식 정리 • 암시적 방법과 과도 전도 전체 구조: 암시적 FDM의 후진차분·연립방정식 구조와 무조건 안정 특성, Bi·Fo에 따른 해법 분기, 반무한 고체·주기 가열 포함 과도 전도 해석 체계 요약 |
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| 6장. 대류 | ||
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[12강] 대류(1)
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대류 열전달의 경계층과 국소·평균 계수 개념 정리
• 경계층 개념과 구배-플럭스 관계: 속도·온도·농도 경계층 정의, 99% 두께 기준, 전단응력·열유속·물질유속과 각각의 구배(뉴턴 점성법칙, Fourier 법칙, Fick 법칙) 연계 • 대류 열·물질전달계수와 국소·평균 계수: 표면 전도식과 대류식 등가로부터 h·h_m 정의, 국소 계수 h_x·h_m(x)와 면적 평균계수 \(\bar{h}\)·\(\bar{h}_m\)의 적분식 및 평판 유동에서의 \(\bar{h}_L = \frac{1}{L}\int_0^L h_x dx\) 구조 정리 • 층류·난류 전이와 Reynolds 수: 평판 외부유동에서 Re_x 정의와 임계 Re_{x,cr}에 따른 층류·천이·난류 구분, 전이 위치 x_c 계산 및 층류·난류 구간 분리 적분으로 평균 열전달계수 평가 구조 정리 |
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[13강] 대류(2)
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경계층 방정식과 무차원수, Nusselt·Sherwood 수 요약
• 비압축성 경계층 방정식: 2차원 정상 비압축성 유동에 대한 질량·모멘텀·에너지·종 보존식을 얇은 경계층 가정으로 단순화해 속도·온도·농도 경계층 두께와 분포를 기술 • 무차원 해석과 지배 무차원수: 길이·속도·온도·농도 무차원화를 통해 Reynolds·Prandtl·Schmidt 수를 도입하고, 이들로 층류/난류 전이, 운동량·열·물질 확산 비, 경계층 두께 비와 상사 조건을 규정 • 전달계수와 종속 무차원수: 표면 전단·열유속·몰유속으로부터 국소 마찰계수·대류열전달계수·물질전달계수를 정의하고, 이들을 Nusselt·Sherwood 수로 무차원화해 \(Nu_x, \overline{Nu}_L, Sh_x, \overline{Sh}_L = f(Re,Pr,Sc)\) 상관식과 기하·유동 유사성에 따른 스케일링 관계로 정리 |
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[14강] 대류(3)
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경계층 상사성, 증발냉각, Reynolds 상사성 요약
• 경계층·열–물질 상사성: 속도·온도·농도 지배방정식을 Re, Pr, Sc 기반으로 무차원화하여 Cf, Nu, Sh 상관식을 통합적으로 사용하고, Pr=Sc 또는 Reynolds 상사성(Pr=Sc=1, dp*/dx*≈0)에서 Nu–Sh–Cf, Stanton 수, Colburn j-인자 관계로 열전달 해를 물질전달·마찰 문제에 전이함 • 증발냉각 에너지 수지: 증발잠열 공급 h_fg N_A와 대류열전달 h(T_∞-T_s)를 에너지 보존으로 연계하고, N_A=k_m(ρ_{A,sat}-ρ_{A,∞}) 및 k_m/h ∼ (ρ c_p)^(-1)Le^(-2/3)을 이용해 T_∞-T_s를 ρ 또는 p_A, T 기반 실용식으로 정리하여 증발냉각 표면온도와 몰 플럭스 예제 계산에 적용함 • 대류·경계층 구조: 속도·온도·농도 경계층 정의와 두께를 Re, Pr, Sc와 연결하고, 평균 대류열전달계수와 Nu_L, Sh_L 표현을 사용하여 외부·내부 대류, 열·물질전달 해석의 공통 틀을 제공하며, 시험에서는 Reynolds 상사성 식(Cf/2 Re_x=Nu_x=Sh_x, St_h=St_m, j_H≈j_D≈Cf/2)과 관련 정의·조건 제시가 핵심 임 |
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| 7장. 외부 유동 | ||
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[15강] 외부 유동(1)
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외부유동 평판 상의 대류열전달(층류·난류·혼합, 경험식 정리)
• 외부 유동 평판 경계층: 층류·난류·혼합 경계층에서 속도·온도·농도 경계층 형성과 경계층 두께·마찰계수·열·물질전달 특성 정의 • 무차원수 및 경험 상관식: Re, Pr, Sc, Nu, Sh 기반 등온/일정 열유속/비가열 시작길이 평판에 대한 층류·난류·혼합 구간용 평균·국소 Nusselt·Sherwood·마찰계수 상관식 구조 정리 • 대류 해석 및 계산 절차: 형상·유동 상태 판정(임계 Re 포함) → 물성 선정 → 적절한 상관식 선택(열-물질 상사 포함) → Nu/Sh·h·전열량 계산을 예제를 통해 절차적으로 적용하는 방법론 정리 |
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[16강] 외부 유동(2)
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외부 유동에서의 열전달
• 외부 유동 기본 개념: 원통·구·관군·충돌제트·충전층 주위 경계층 발달·정체점·분리점·후류 형성과 항력계수·Nusselt 수를 통한 대류계수 및 열전달 해석 • 상관식 및 무차원수: Re·Pr·Nu·Sh·Cf·Stokes 법칙 기반 열·물질전달 상사성(Nu↔Sh, Pr↔Sc)과 원통·구·관군·충돌제트·충전층에 대한 경험 상관식(계수 C, m, n, C1, C2, ζ) 적용 절차 • 관군·특수 유동 설계: 정렬·엇갈린 관군의 피치(ST, SL, SD), 최대속도 Vmax·ReD,max·LMTD를 이용한 열전달률·압력강하 평가와 충돌제트·충전층을 활용한 고효율 국부 냉각·열에너지 저장 시스템 설계 원리 |
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| 8장. 내부 유동 | ||
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[17강] 내부 유동(1)
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내부 유동 열전달: 유체역학·열적 고찰·에너지평형 핵심 정리
• 내부 유동·완전발달 조건: 레이놀즈수 기반 층류/난류 판별, 유체역학·열적 입구 길이와 완전발달 영역 정의, 포물선 속도분포와 마찰계수·압력강하·펌프동력 관계 정리 • 열적 해석·대류계수: 평균온도(유량가중) 정의, 온도경계층과 열적 완전발달, Newton의 냉각법칙과 Fourier 법칙 결합으로 국소/평균 h·Nu 특성 및 일정 열유속/일정 표면온도 조건의 에너지 평형식 구조 정리 • 온도분포·열전달량 계산: 에너지 보존으로 dT_m/dx 및 ΔT 미분식 수립, 일정 열유속에서 T_m 선형 증가와 관 길이·국소 h 산정, 일정 표면온도에서 ΔT_lm·q=ṁc_pΔT_m=ĥA_sΔT_lm 관계로 Nu·평균 h·LMTD 기반 열전달 해석 절차 정리 |
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[18강] 내부 유동(2)
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내부유동 열전달: 원형·비원형관, 난류, 물질전달 상관식 정리
• 내부유동 열전달 상관식: 원형관 층류·난류, 입구/완전발달 구분, Graetz·Re·Pr 활용한 Nusselt 수 선택 기준(Nu=4.36, 3.66, Dittus–Boelter, Gnielinski 등) 정리 • 비원형·환형 유동 특성: 수력학적 직경 D_h로 Re, Nu 재정의하고 표·상수 Nu를 이용해 직사각형 덕트·동심환형관의 층류 열전달 해석 구조 정리 • 열전달–물질전달 상사: Nu–Pr–Re ↔ Sh–Sc–Re 대응, h ↔ h_m 치환 및 농도 경계층·종 전달률 계산을 통해 대류 물질전달을 내부대류 틀로 해석하는 방법 정리 |
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| 9장. 자유 대류 | ||
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[19강] 자유 대류
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자유대류 열전달의 상사해석과 실험 상관식 핵심 정리
• 자유대류 지배 개념: 부력·밀도구배·Boussinesq 근사를 통한 지배방정식(연속·모멘텀·에너지·물질전달) 정식화와 수직 등온 평판 층류 경계층 상사해, 임계 Rayleigh 수를 이용한 층류–난류 구분 • 무차원수와 상관식 구조: Grashof·Rayleigh·Prandtl·Reynolds 수 및 Gr/Re²에 의한 강제·자유·혼합 대류 구분, 평판·원통·구·채널·밀폐공간·동심원통·동심구 등 형상별 Nusselt 상관식과 특성 길이 정의 체계 • 혼합대류·물질전달 상사성: 혼합대류에서 Nu^n=Nu_forced^n±Nu_natural^n 경험식 적용, 자유대류 열전달(Nu–Ra,Pr)과 물질전달(Sh–Gr_m,Sc) 사이의 상사성 및 Gr_m 정의를 통한 열·물질전달 통합 해석 구조 |
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| 10장. 비등 및 응축 | ||
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[20강] 비등 및 응축
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비등 및 응축: 상변화 열전달과 상관식 구조 요약
• 비등 열전달 구조: 비등 정의·초과온도·풀비등/강제대류비등 구분, 비등곡선(자유대류→핵비등→천이→막비등), 핵 풀비등 Rohsenow 상관식과 임계·최소 열유속(Zuber CHF) 및 막비등에서 대류·복사 결합과 수정 잠열 개념 정리 • 응축 열전달 구조: 응축 정의와 막응축/액적응축 구분, 수직평판·관·구 외부 층류 막응축에 대한 Nusselt 해석(막두께 분포, 평균 Nu·h), 보정 잠열와 P 매개변수·Re 기반 층류/웨이비/난류 구간 분류, 수직 튜브 배열·핀 튜브에서의 막응축 상관식과 향상비 구조 정리 • 상변화 열전달 상관식 체계: 비등·응축에서 무차원수(Nu, Re, Pr, Ja, Bo, P)로 물성·운동 변수 축약, 풀비등·막비등·막응축·관 내 응축에서 구간별 대표 상관식과 적용 조건 정리하여 열전달계수·열유속·응축률 설계 절차 구조화 |
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| 11장. 열 교환기 | ||
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[21강] 열 교환기(1)
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열교환기 형식과 LMTD·유용도‑NTU법 핵심 정리
• 열교환기 형식과 총합 열전달계수 U: 평행류·대향류·직교류·쉘앤튜브·콤팩트 열교환기 구조와 유동 배열에 따른 열전달 특성, 전도·대류·파울링·핀 효율을 포함한 열저항 네트워크와 $Q = UA\Delta T$ 로 정의되는 U 개념 정리 • 핀 효율·전체 표면 효율과 LMTD법: 단일 핀 효율 $\eta_f$ 및 전체 표면 효율 $\eta_0$ 를 통한 유효 면적 보정, 에너지 보존과 열용량률 $C=\dot{m}c_p$ 기반 평행류·대향류 온도 분포, 단열·상변화 등 특수 조건에서의 온도차 정의와 $Q = UA\Delta T_{\mathrm{LM}}$ 설계·해석 절차 정리 • 예제 기반 LMTD·유용도‑NTU법 활용: 대향류 동심관 열교환기에서 $Q,h_i,h_o,U,\Delta T_{\mathrm{LM}},L$ 계산 순서 정리, LMTD법의 출구온도 필요 조건과 한계, 유용도 $\varepsilon = Q/Q_{\max}$·$NTU = UA/C_{\min}$·열용량률비 $C_r$ 를 이용해 반복 없이 성능·설계(필요 A, 관 길이)를 결정하는 유용도‑NTU법 관계 정리 |
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[22강] 열 교환기(2)
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열교환기 ε-NTU법 응용과 응축기·히트싱크 예제 정리
• ε-NTU법 핵심 개념: 최대 열전달률 $q_{\max}=C_{\min}(T_{h,i}-T_{c,i})$, 유용도 $ε=q/q_{\max}$, $NTU=UA/C_{\min}$, 비열용량비 $C_r=C_{\min}/C_{\max}$을 이용해 열교환기에서 미지의 열용량률·출구온도·면적·길이를 계산하는 해석·설계 방법 • LMTD법·총괄열전달계수 U: 입·출구 온도를 모두 아는 경우 LMTD법으로 $q=UA\Delta T_{\text{lm}}$을 적용하며, 내부/외부 대류와 전도·오염 열저항을 직렬합하여 $U$를 산정하고, 필요 시 ε-NTU법과 병용해 실제 응축기(상변화, $C_r\to 0$)의 관 길이·전열면적을 결정 • 공학적 응용 구조: 직교유동 열교환기, 원통다관형 응축기, 액체냉각 핀 히트싱크에서 $C_{\min}$·$C_{\max}$·$ε(NTU,C_r)$ 관계와 반복계산(iteration)을 사용해 출구온도·열전달률·기하(면적·길이)를 구하고, C 또는 출구온도 미지 시 ε-NTU법, 온도 분포가 명확할 때 LMTD법을 선택적으로 사용하는 절차 정리 |
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| 12장. 복사 | ||
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[23강] 복사(1)
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복사 열전달 기초 개념과 강도, 조사, 복사도 정리
• 복사 열전달 및 물리량: 열복사 개념, 파장 스펙트럼(적외선·가시광선·자외선 일부), 방사 E·조사 G·복사도 J 정의와 관계식 J = E + ρG, qʺ_rad = J − G = E − αG 및 스테판–볼츠만 법칙 E = εσT⁴ 구조 정리 • 표면·물질 특성 및 에너지 보존: 반사도 ρ·흡수도 α·투과도 τ 정의와 ρ + α + τ = 1, 불투명체에서 τ = 0, ρ = 1 − α 및 기체·반투명 고체(체적 현상)·액체·불투명 고체(표면 현상) 구분 등 복사 에너지 분배 구조 정리 • 방향·파장 의존성 기술: 입체각 dω = dA_n/R² = sinθ dθ dφ, 전체 입체각 4π sr 정의, 분광 복사 강도 I_λ와 분광 방사도 E_λ·조사 G_λ·복사도 J_λ의 적분 관계, 난반사면에서 E = πI_e 등 방향·파장 적분 기반 복사 해석 체계 정리 |
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[24강] 복사(2)
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흑체 및 실제 표면 복사 법칙 핵심 정리
• 흑체 복사 및 기본 법칙: 흑체·캐비티 흑체 개념과 플랑크 분포, 빈 변위 법칙(λmaxT=상수), 스테판-볼츠만 법칙(Eb=σT⁴)을 통해 온도·파장에 따른 스펙트럼·총합 방사 특성 정량화 • 띠 방사 및 제한 복사 해석: 띠 방사 비율과 띠 방사 함수 F(λT) 정의·테이블 활용으로 특정 파장·방향 구간 방사력 계산, 흑체 알짜 복사유속 qrad,net=σ(Ts⁴−Tsur⁴) 및 방향·파장 제한 흑체 방사 산정 절차 정리 • 실제 표면 방사와 방사율: 실제 표면 방사율을 분광·방향·반구·총합 및 수직 방사율로 정의하고, Iλ·Eλ·I·E와 흑체량(첨자 b) 비율 구조를 통해 재질·파장·온도·방향 의존 방사 특성 및 예제(12.6, 12.7) 계산 절차 체계화 |
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[25강] 복사(3)
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복사 열전달: 실제 표면 특성, Kirchhoff 법칙, 환경복사 요약
• 실제 표면 복사 특성: 흡수율·반사율·투과율의 분광·방향·반구·총합 정의, 비투과성·반투명·흑체 조건에서의 관계(α+ρ=1, α+ρ+τ=1)와 스펙트럼 적분을 통한 전체 값 계산 • Kirchhoff 법칙·회체 표면: 열적 평형에서 분광·전체 수준의 ε=α 관계, 회체(gray) 가정에서 파장 비의존 ελ=αλ 근사, 흡수율 계산 시 조사원 온도·방사율 계산 시 표면 온도 적용 차이 및 F(0→λT) 함수 활용 절차 • 환경복사·태양열 집열기: 태양·대기·지표의 특성 파장대(태양 0.3–3 μm, 지구 4–40 μm) 분리, 대기 흡수·산란 및 유효 하늘온도 개념, 선택적 표면의 αs·ε 설계와 평판 태양열 집열기의 에너지 수지·효율 계산 구조(입사·흡수·복사·대류 항) 정리 |
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| 13장. 표면 사이의 복사 | ||
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[26강] 표면 사이의 복사(1)
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표면 사이 복사교환과 형상계수, 회체 표면 네트워크 요약
• 형상계수 및 상관식: 밀폐공간·비참여매질 가정하에서 형상계수 정의·적분식과 상호성, 총합법칙, 합산성질을 이용해 표준 기하 형상에서 $F_{ij}$를 계산·검산하는 방법 정리 • 흑체 복사교환: 흑체 조건($\epsilon=1$, $J=E_b$)에서 두 표면 및 다중 표면 사이 순 복사열전달률을 $q_{i\to j}=A_iF_{ij}\sigma(T_i^4-T_j^4)$로 표현하고, 가상 면 도입·면 분할·형상계수 도표 활용으로 밀폐공간 흑체 문제를 해석하는 절차 정리 • 회체 표면 복사저항 네트워크: 회체 표면의 알짜 복사열교환을 복사도 $J$, 흑체방사 $E_b$, 조사 $G$로 표현하고, 표면 저항$(1-\epsilon_i)/(\epsilon_iA_i)$과 형상 저항$1/(A_iF_{ij})$을 이용한 복사저항 네트워크 구성으로 Radiocity $J_i$ 해석 및 회체 밀폐공간 복사전달률 계산 절차 정리 |
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[27강] 표면 사이의 복사(2)
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복사 열전달: 두 표면, 차폐, 재복사, 다중모드, 참여매질 요약
• 복사 네트워크와 차폐·재복사 표면: J–E 열저항 회로, 형상계수, 효과 방사율을 이용한 두 표면 복사교환 해석과 복사 차폐·재복사 표면(순열유입 0)의 추가 저항·경계조건 역할 정리 • 다중모드 열전달과 단순화 가정: 복사–대류–전도 결합 열저항 네트워크, 내부유동 상관식(레이놀즈수·너셀수·h) 연계 해석과 등온·불투명·회체·확산·비참여 매질 등의 해석 단순화 가정 정리 • 참여 매질과 기체 복사: 비참여·참여 기체 구분, Beer 법칙·분광흡수계수·기체 방사율·키르히호프 가정에 기반한 체적흡수·기체–표면 복사교환 개념 및 극성 기체( CO₂, H₂O 등)의 역할 정리 |
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| 14장. 확산 물질전달 | ||
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[28강] 확산 물질전달(1)
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확산 물질전달의 비율식과 비정체/정체 매질에서의 성분유속 개념 정리
• 확산 물질전달 기본 개념: 농도·조성 구배에 의해 일어나는 자연 확산을 Fick 법칙(질량/몰 기준 플럭스, 확산계수 D_AB)으로 정식화하고, 열전도(Fourier 법칙)와의 수식 구조·Lewis 수를 통해 열·물질전달 특성 비교 • 성분 플럭스 구조와 비정체매질: 혼합물에서 절대 플럭스(N_A, N_A'')와 확산 플럭스(J_A, j_A)를 정의하고, 질량·몰평균 속도 개념으로 확산과 이류(Advection)를 분리하여 성분보존식, 기-액 계면 증발(관/원주 내 증발, 방수 직물 미세공 수증기 전달)의 플럭스 해석 및 근사식 유도 • 정체매질 근사와 전도와의 대응: 평균 속도 0, 희박 성분(x_A≪1) 조건에서 N_A=J_A 형태의 순수 확산식으로 단순화하고, 고체·정지 액체 내 확산을 열전도식과 동형 구조(T↔C_A, k↔D_AB, q''↔N_A)로 취급하여 평판·실린더·구체 및 과도 문제 해법을 전도 해석과 동일하게 적용 |
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[29강] 확산 물질전달(2)
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정체매질에서 확산 물질전달, 경계조건, 화학반응이 있는 확산 요약
• 정체매질 종확산 방정식과 상사성: 성분 보존식 기반 정체매질 종확산 방정식 유도, 열전도 방정식과의 수학적 상사(정상/과도, 질량·몰농도 기준) 및 평판 1차원 확산·확산저항 개념 정리 • 계면 평형과 경계조건: 표면 농도·플럭스·불침투 경계조건, Raoult·Henry·고체 용해식에 의한 불연속 농도 연결, 용해도·압력 관계를 활용한 막·용기 확산(수증기·헬륨·수소) 계산 및 촉매 표면 반응 혼합 경계조건·극한 반응/극한 확산 개념 정리 • 화학반응이 있는 확산 해석: 균질 0차·1차 반응이 포함된 확산 방정식 해(평판 내 지수해, M=√(k₁/D_AB)), 불침투 바닥+1차 반응 두께 한계(항생제-균막), 과도확산의 무차원화(Fo, Bi 등)와 열전도 해법의 직접 전용 구조 정리 |
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강대훈 교수님
열전달
