열전달(Heat Transfer)

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열전달(Heat Transfer)

2012년도 1학기(제 4주)

기계자동차공학부

박 승 운

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제2장 정상 열전도(2)

(Heat Conduction on the

Steady State Condition)

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제2장 정상 열전도

◈ 학습목표

o 원형관 및 구에서의 정상 열전도에 대한 개념 이해 o 다층구조에서의 열전도 해석의 일반화

o 임계반지름에 대한 개념 이해 o fin 방정식의 유도과정 이해

◈ 학습성과

o 다양한 형상 및 구조에서의 정상상태의 열전달 개념을 적용한 실제 공학적 문제를 해결할 수 있어야 함.

o fin이 설치된 구조에서의 열전달 문제를 해결할 수 있어야 함.

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강의 내용 및 순서

■ 원형관과 구에서의 열전도 ■ 임계 단열반지름

■ fin을 통한 열전달

■ 일반 형태에서의 열전달 ■ 종합요약

제2장 정상 열전도

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제2장 정상 열전도

■ 원형관 및 구에서의 열전도 ◈ 원형관(cylinder)

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제2장 정상 열전도

■ 원형관 및 구에서의 열전도 ◈ 원형관(cylinder)

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제2장 정상 열전도

■ 원형관 및 구에서의 열전도 ◈ 구(spherical shell)

(8)

제2장 정상 열전도

■ 원형관 및 구에서의 열전도 ◈ 다층 구조

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제2장 정상 열전도

■ 원형관 및 구에서의 열전도 ◈ 다층 구조

※ T₂=?

< 예제 2-7, 2-8 >

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제2장 정상 열전도

■ 임계 단열반지름(critical radius of insulation)

※

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제2장 정상 열전도

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제2장 정상 열전도

◈ fin 방정식

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제2장 정상 열전도

◈ fin 방정식

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제2장 정상 열전도

◈ fin 방정식

▶ 무한히 긴 fin(T_{fin tip} = T_∞)

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제2장 정상 열전도

◈ fin 방정식

▶ fin 끝에서의 열손실 무시( )

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제2장 정상 열전도

◈ fin 방정식

▶ fin 끝에서의 대류

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제2장 정상 열전도

◈ fin 효율(fin efficiency)

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제2장 정상 열전도

▶ very long fin

▶ insulated fin tip

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제2장 정상 열전도

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제2장 정상 열전도

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제2장 정상 열전도

◈ fin 유효도(fin effectiveness)

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제2장 정상 열전도

◈ fin 유효도(fin effectiveness) ▶ very long fin

※ Fin을 설계 또는 선정하기 위한 유용한 사항 o Fin 재료의 열전도도(k)는 가능한 한 클수록 좋음.

o Fin 의 접수길이(p)와 단면적(Ac)의 비(p/Ac)는 클수록 좋음.

o Fin의 사용은 대류열전달계수(h)가 낮은 경우에 가장 유용함.

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제2장 정상 열전도

◈ fin 유효도(fin effectiveness)

▶ n 개의 fin을 갖는 표면에 대한 열전달률

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제2장 정상 열전도

■ fin을 통한 열전달 ◈ 적정한 fin 길이

※ tanh aL ≤ 1.0 → aL = 5

⇒ L = 5/a

※ 1차원 해석시 다음 조건에서 오차는 1% 미만.

▶ heat sink 에서의 열전달 특성

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제2장 정상 열전도

■ 일반 형태에서의 열전달 ◈ 단순 기하학적 형상 적용 : - 1차원 해석 가능

◈ 실제문제 :

- 기하학적 형상 복잡 : 2차원 또는 3차원 - 단순해를 쉽게 구할 수 없음

⇒ 단순해가 얻어지는 열전달 문제 : 일정온도 T1 및 T2의 두 표면에서의 문제 이들 두 표면에서의 정상상태 열전달률은

※ 전도 형상계수(S)는 길이차원을 가지며, 시스템의 형상에만 의존.

(Table 2-5 참조)

예제 2-13, 2-14, 2-15

HW : 문제 2-19, 2-47, 2-88, 2-110

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제2장 정상 열전도

▣ 종합요약

◈ 1차원 열전달(원통)

(27)

제2장 정상 열전도

▣ 종합요약

◈ 1차원 열전달(구)

(28)

제2장 정상 열전도

▣ 종합요약

◈ 임계반지름

(29)

제2장 정상 열전도

▣ 종합요약

◈ fin 방정식 o 무한히 긴 fin

o 끝이 단열된 fin

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제2장 정상 열전도

▣ 종합요약

◈ fin 방정식

o fin 효율

o fin 유효도

◈ 다차원 열전도문제

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◈ 다음강의(예고)

- 비정상상태에서의 열전도 * 비정상상태란 ?

* 집중계란?

* 비정상 온도차트를 이용한 열전도 해석

(32)

열전달(Heat Transfer)