열은 어떻게 전달됩니까?

열전달은 다음과 같은 세 가지 방식으로 이루어집니다.

• 전도

• 대류

• 복사

실제 상황에서는 열전달이 동시에 수행되지만 세 방법이 균등하게 진행되지는 않습니다.

각각의 경우 열은 고온에서 저온으로 흐릅니다. 이는 열역학의 기본 원리이며, 열은 자연적으로 더 높은 온도 영역에서 더 낮은 온도 영역으로 흐릅니다. 

전도

전도는 고체 물질을 통한 열전달입니다. 이는 물질의 분자가 진동하여 인접 분자로 에너지를 전달할 때 발생합니다. 이 공정은 재료가 열을 효율적으로 전도해야 하는 많은 산업 응용 분야에서 매우 중요합니다.

전도의 예: 한쪽 끝이 가열된 금속 막대를 만지면 열은 막대를 통해 여러분의 손으로 이동합니다.

대류

대류는 유체(액체 또는 기체)의 이동에 의한 열전달입니다. 이러한 유형의 열전달은 열을 고르게 분산하기 위해 유체 이동이 필요한 시스템에서 필수적입니다.

대류의 예: 끓는 물. 가스레인지에서 나오는 열은 바닥에 있는 물의 밀도가 낮아지고 상승하게 만드는 반면, 차가운 물은 하강합니다.

복사

복사는 전자기파를 통한 열전달입니다. 전도 및 대류와 달리 복사는 매개체가 필요하지 않으며 빈 공간을 통해 발생할 수 있습니다.

복사의 예: 얼굴을 따뜻하게 해주는 태양의 열 또는 불로 마시멜로 굽기. 태양의 에너지는 공간의 진공을 통해 이동하고 지구의 물체를 따뜻하게 합니다.

열 전도율은 물질의 열 전도 능력을 측정하는 것입니다. 공식은 다음과 같습니다.

Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)

여기에서:

• Q는 전달된 열입니다(J).
• λ는 열 전도율 계수입니다(W/m*K).
• A는 열 유량 면적입니다(m²).
• t는 시간입니다(s).
• ΔT는 온도 차이입니다(K).
• Δx는 거리입니다(m).

대류 열전달의 공식은 다음과 같습니다.

Q = - h * A * t * Δ T

여기에서:

• Q 열전달입니다(J).
• h 대류 열전달 계수입니다(W/m²*K).
• A 표면적입니다(m²).
• t 시간입니다(s).
• ΔT 표면과 유체 사이의 온도 차이입니다(K).

음수 기호는 높은 온도에서 낮은 온도로 열이 전달됨을 나타냅니다.

대류 열전달의 공식은 다음과 같습니다.

Q = - k * A * t * Δ T

여기에서:

• Q 총 열전달입니다(J).
• k 열전달 계수입니다(W/m²*K).
• A 면적입니다(m²).
• t 시간입니다(s).
• ΔT 온도차(저온-고온)입니다(K).

대수 평균 온도차(LMTD)의 공식은 다음과 같습니다.

Өₘ = Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )

여기에서:

• Өₘ 대수 평균 온도차입니다(K).
• Ө₁ 열 교환기의 한쪽 끝에 있는 두 유체 사이의 온도 차이입니다(⁀1).
• Ө₂ 열 교환기의 다른 쪽 끝에 있는 두 유체 사이의 온도 차이입니다(⁀2).
• ln 자연 로그를 나타냅니다.