자연대류에 대하여

소개글

자연대류에 대하여에 대한 보고서 자료입니다.

목차

7.1 □ 자연대류의 물리적인 메커니즘

7.2 □ 표면위의 자연대류

7.3 □ 밀폐공간 안에서의 자연대류

7.4 □ 휜이달린 표면에서의 자연대류

7.5 □ 자연-강제 복합대류

본문내용

♧유효열전도도
밀폐공간에서의 유체는 대류흐름의 결과로 열전도도가 kNu인 유체와같이 거동한다. 따라서, kNu을 밀폐공간에서의 유효열전도도라 부른다.
{ k}_{ e f f } =kNu
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Nu=1인 특별한 경우에는 밀폐공간에서의 유효 열전도도가 유체의 열전도도와 같아진다.
7.4 □ 휜이달린 표면에서의 자연대류
·조밀하게 배열된 휜을 가진 열싱크 : 넓은 열전달 면적을 갖지만 휜 사이를 통과하는 유체에 추가적인 저항이 생기기 때문에 열전달계수가 낮아진다.
·넓게 배열된 휜을 가진 열싱크 : 열전달 계수는 높지만 열전달면적이 좁아진다.
Bar-Cohen과 Rohsenow에 의해 제안된 휜 간격 구하는 식
{ S}_{opt } =2.714 { L} over { { Ra}^{1/4 } }
7-41
최적 간격의 경우에서 열전달 계수는
h=1.31 { k} over { { S}_{opt } }
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휜으로부터의 자연대류에 의한열전달
{ .} atop { Q}=h(2nLH)( { T}_{s }- { T}_{ INF } )
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n=W/(S+t) W/S는 열싱크에 붙은 휜의 수
열싱크의 휜은 두 효과를 일으킴. 휜 표면의 상승된 온도의 결과로 추가적인 부력을 유발하고, 유로에 추가된 장애물로 작용함으로서 유체를 감속시킨다. 결과적으로 열싱크에 휜의 수를 증가시킬 때 어떤 효과가 지배적인가에 따라 자연대류를 촉진 시킬 수도 있고 감소시킬 수도 있다. 부력에 의한 공기의 유동률은 두 효과가 서로 평형이 되는 지점에서 결정된다. 마찰력은 고체표면이 많으면 많을수록 증가하고, 유체유동과 열전달을 심하게 방해한다.
자연대류에서 열전달 촉진 방법은 열전달 성능 자체로 평가한다.(펌프나 송풍기의 압력손실이나 펌프동력을 생각할 필요가 없다.)
7.5 □ 자연-강제 복합대류
중력장에서 유체 온도구배가 존재하면 항상 자연대류 흐름이 생기고, 따라서 자연대류에 의한 열전달이 일어난다. 그러므로 강제대류는 항상 자연대류를 동반한다.
<그래프 해석>
Gr/Re2<0.1일 때는 자연대류를 무시할 수 있고,
Gr/Re2>10 일 때는 자연대류를 무시할 수 있고,
0.1 ♧전체적인 복합대류의 특징
1. 도움 유동에서는 부력에 의한 운동과 강제운동이 같은 방향이다. 따라서 자연대류는 강제대류를 도와서 열전달을 촉진 시킨다. 뜨거운 표면에서 위 방향으로의 강제유동이 한 예이다.
2. 대항유동에서는 부력에 의한 운동이 강제운동과 반대방향이다. 따라서 자연대류는 강제대류에 저항하여 열전달을 감소시킨다. 차가운 표면에서 위 방향으로의 강제 유동이 한 예이다.
3. 교차유동에서는 부력에 의한 운동이 강제운동에 수직이다. 교차 유동은 유체의 혼합을 증대시켜 열전달을 촉진시킨다. 뜨거운 혹은 차가운 원통이나 구에서 수평방향의 강제유동이 한 예이다.
자연-강제 복합대류에서 열전달 계산 상관식
Nu
`_{ combined } `=(Nu_{ forced } ^{ `_{ } n_{ } } pile { + # - } Nu_{ natural } ^{ n } )^{ 1/n }
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(+)는 도움유동과 교차유동에 대한 것이고 (-)는 대항 유동에 관한 것..
수직 표면에서 n=3일 때 실험데이터와 잘 맞고 큰 n값은 수평표면에 보다 적합하다.
전자 부품에서의 열 발생장치의 냉각에서 통상적으로 열전달 계수가 작을 때는(자연대류) 보다 높은 온도에서 작동할 것이고, 열전달 계수가 클 경우(강제대류) 보다 낮은 온도에서 작동할 것이다.
자연대류는 송풍기나 펌프를 필요로 하지 않아서 이들로 인한 소음, 진동, 동력소비, 오작동을 피할 수 있기 때문에 선호하는 열전달 형태이다. 자연대류는 출력이 낮은 기구들의 냉각에 적합하며, 특히 그들이 열싱크와 같은 확장된 표면에 부착되어 있을 때 더욱 그렇다. 그러나 출력이 높은 기구들에 대해서는 작동온도를 최대 허용수준 아래로 유지하기 위해서 송풍기나 펌프를 사용하는 것 외에 대안이 없다. 출력이 매우 높은 기구들의 경우에는 표면온도를 적절한 수준으로 유지하기 위해서 강제대류도 충분하지 않을 수 있다. 이럴 경우에는 상변화 과정에서 수반되는 매우 높은 열전달 계수의 장점을 살려 비등과 응축을 사용해야 할지도 모른다.
문제 풀이 요령
자연, 강제 시스템을 파악한 후 Re수로 층류 난류를 구별후 이용 Nu수 구하고
열전달 계수를 구한 후 최종적으로 뉴튼의 냉각법칙 이용 열전달을 구할 수 있다.

키워드

자연,   대류,   열전달,   강제,   표면