화공기사 실기 필답형 - 대류(Convention)

1. 대류(Convention)

 - 대류란 고온의 유체 분자가 직접 이동하여 밀도차에 의한 혼합에 의해 열전달이 일어나는 현상

 

 - 대류를 통한 열의 전달은 대표적인 열전달 방법중 하나이며, 유체 내에서 물질이 전달되는 대표적인 방법

1) 대류의 종류

  - 자연대류

     : 가열이나 그 외에 의해 유체 내에 밀도차가 생겨 자연적으로 분자가 이동하는 대류

 

 - 강제대류

    : 유체를 교반하거나 펌프 등의 기구를 이용하여 기계적으로 열을 이동시키는 대류 

 

 

2. 고체와 유체 사이의 열전달

 

위의 그림과 같이 고체와 유체 사이에서 대류에 의한 열전달 식은 다음과 같다.

 

왼쪽: 고체와 유체 사이에서 대류에 의한 열전달 식     오른쪽: 경막계수 식 

 

 

3. 고체벽을 사이에 둔 두 유체 간의 열전달

 

 위의 그림에서 고체벽을 사이에 둔 두 유체간의 열전달의 식은 유체1, 고체2, 유체3 각각의 식을 통해 구할 수 있다. 고체에서는 열전도도를 이용해서, 유체일 때는 경막계수를 이용해 q 값을 구한다.

 

① 유체 1

② 고체 2

 

③ 유체 3

 

①, ②, ③ 식에서 q를 정리하면 최종식은 다음과 같다.

 

 

 

 

4. 총괄열전달계수(U)

총괄열전달계수(Overall heat transfer coeffcient)는 내면기준과 외면기준으로 나눠 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

1) 내면기준 총괄전열계수

 

2) 외면기준 총괄전열계수

 

 - 오염계수가 크면 열교환기의 능력이 저하되고 청소를 자주 해야 한다.

 

 - 오염계수가 작으면 전열면적이 크고 실제운전에서 전열면적이 낭비되어 비경제적이다.

 

 

5. 임계절연 반지름

 

 - 평면벽의 경우 단열재를 추가하면 열전달이 감소하게 되는데 구형이나 원관의 경우 단열재를 추가할수록 표면적이 일정하지 않고 증가하므로 대류열저항은 감소한다. 그렇기에 열전달이 최대가 되는 지점이 존재하며 이대를 임계절연 반지름(임계단열 반지름)이라 한다.

 

1) 임계절연 반지름

 

2) 임계절연 반지름 (구형)