열전달(Heat Transfer)

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열전달(Heat Transfer)

2012년도 1학기(제 11주)

기계자동차공학부

박 승 운

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제7장 복사열전달

(Radiation)

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제7장 복사열전달

◈ 학습목표

o 복사열전달 메커니즘에 대한 이해

o 생활 주변에서 이용하거나 발생하는 열복사에 대한 토의 o 태양복사와 대기에 대한 이해

◈ 학습성과

o 복사열전달에 대한 메커니즘을 설명할 수 있어야 함.

o 생활 주변에서 발생하거나 이용하고 있는 복사 열전달 기구 또는 현상에 대해 설명 할 수 있어야 함.

o 온실가스에 대해 설명할 수 있어야 함.

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강의 내용 및 순서

■ 서론 ■ 열복사 ■ 흑체복사 ■ 복사강도 ■ 복사특성

■ 대기와 태양복사

제7장 복사열전달

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제7장 복사열전달

■ 서론

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제7장 복사열전달

■ 서론

- 1864년 James Clerk Maxwell 에 의해 이론정립 ; 원자나 분자 내에서 전자의 분포가 변화 되었을 때 물체가 방사하는 에너지.

⇒ 전자기파 또는 전자기 복사

- 1887년 Heinrich Hertz가 실험을 통해 입증 - 가시파장 : 0.40 ∼0.76 μm

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제7장 복사열전달

■ 열복사(Thermal Radiation)

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제7장 복사열전달

■ 흑체복사(Blackbody Radiation)

; Stefan-Boltzmann 법칙

; Planck의 법칙

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제7장 복사열전달

■ 흑체복사(Blackbody Radiation)

※ 주어진 온도에서 파장에 따른 흑체 방사도

1) 방사된 복사는 파장의 연속함수이다.

2) 주어진 파장에서 방사된 에너지량은 온도증가에 따라 증가한다.

3) 온도가 증가함에 따라 곡선은 가파르게 되고 왼쪽의 짧은 파장구역으로 이동한다.

4) 태양복사(T=5800K)는 흑체로 취급되고, 가시범위에서 최고에 도달한다.

⇒ 표면온도 T≤800K 인 물체의 방사는 가시영역을 벗어 나기 때문에 눈으로 볼 수 없음

; Wein의 변위 법칙

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제7장 복사열전달

■ 흑체복사(Blackbody Radiation)

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제7장 복사열전달

■ 흑체복사(Blackbody Radiation)

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제7장 복사열전달

■ 복사강도(Radiation Intensity)

◈ 입체각

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제7장 복사열전달

■ 복사강도(Radiation Intensity)

^{◈ 입체각}

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제7장 복사열전달

■ 복사강도(Radiation Intensity)

◈ 방사된 복사의 강도

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제7장 복사열전달

■ 복사강도(Radiation Intensity)

◈ 방사된 복사의 강도

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제7장 복사열전달

■ 복사강도(Radiation Intensity)

^{◈ 입사복사}

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제7장 복사열전달

■ 복사강도(Radiation Intensity)

◈ 복사도(Radiosity), J

※ 흑체인 경우,

- 복사도에서 반사되는 요소가 없고, 입사되는 입사복사를 완전히 흡수하기 때문

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제7장 복사열전달

■ 복사강도(Radiation Intensity)

^{◈ 스펙트럼 양}

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제7장 복사열전달

■ 복사강도(Radiation Intensity)

^{◈ 스펙트럼 양}

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

◈ 방사율(emissivity), ε

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

- 복사계산 : 회체(gray)와 확산접근법(diffuse approx) ※ 회체 : 성질이 파장과 무관한 경우

※ 확산 : 성질이 방향과 무관한 경우

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

◈ 흡수율(absorptivity, α), 반사율(reflectivity, ρ), 투과율(transmissivity, τ)

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

◈ 흡수율(absorptivity, α), 반사율(reflectivity, ρ), 투과율(transmissivity, τ) ※ 실제 복사문제의 계산

1) 반사 : 표면을 산란 또는 확산의 방식으로 단순화 2) 흡수 : 재료의 흡수율은 표면온도와 무관.

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

◈ Kirchhoff 의 법칙

; 온도 T[K]인 표면의 총 반구방사율은 같은 온도의 흑체로부터 오는 복사에 대한 총 반구흡수율과 같다.

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제7장 복사열전달

■ 복사특성(Radiation Characteristics)

^{◈ 온실효과}

※ 유리의 비회체 특성에 기인

- 0.3 ∼3 μm(가시범위): 90% 이상 투과 - 3 μm 이상(원적외선): 투과 못함

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제7장 복사열전달

■ 대기와 태양복사(Radiation Characteristics)

※ E_sun ≒ 3.8×10²⁶[W] ; 태양의 반사율

- 지구에 도달하는 에너지는 약 1/10 억 (약 1.7×10¹⁷[W])

; 태양의 유효표면온도

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제7장 복사열전달

■ 대기와 태양복사(Radiation Characteristics)

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제7장 복사열전달

■ 대기와 태양복사(Radiation Characteristics)

※태양과 대기복사에 노출된 표면까지의 순 복사 열전달률

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제7장 복사열전달

▣ 종합요약

◈ 흑체방사 열에너지

: Planck의 법칙

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제7장 복사열전달

▣ 종합요약

◈ 흡수율, 반사율 투과율

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제7장 복사열전달

▣ 종합요약

◈ 태양과 대기복사에 노출된 표면까지의 순 복사 열전달률

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◈ 다음강의(예고) - 복사열전달(1)

* 다표면에서의 복사열교환

* 형태계수와 이와 관계되는 법칙들의 전개

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