기계공학에서 열전달을 분석하는 방법에 대해서

Question

기계공학에서 주로 배우는 과목 중 열역학이라는 과목이 있습니다. 기계공학에 있어서 열을 전달되는 것을 분석하는 방법을 설명해주세요.

김정배 박사 · Accepted Answer

안녕하세요. 김정배 박사입니다.열 혹은 에너지 전달에 의한 열 분석은 열역학 해석과 열전달 해석으로 구분됩니다.열역학 해석은 시간에 무관한 열의 전달 과정의 크기(단위 : J)를 해석합니다.열전달 해석은 열역학 해석에서 다루는 열 전달 크기의 시간 변화율을 해석합니다.열전달 해석은 전도, 대류, 복사 열전달 이라는 3 개의 Mechanism을 가지고 있습니다.이 3가지 열전달 기구들이 실제 시스템에는 혼합되어 있어, 혼합된 복잡한 분석을 하게 됩니다.실제 열의 전달 해석을 위해서는 좀 더 기본 지식이 필요합니다.그러한 기본 지식을 아래의 사이트를 한번 보시면 이해가 높아질 것으로 생각됩니다.구글 등 검색 사이트에서 "열화상카메라로 보는 세상"로 검색혹은 https://thermographic-world-kim.tistory.com/

서종현 전문가 · Answer

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.기계공학에서 열전달을 분석하는 방법은 주로 다음과 같습니다. 전도(conduction) : 고체 내에서의 열전달을 분석하는 방법으로, 푸리에의 법칠을 이용해 온도 구배에 따른 열 흐름을 계산합니다. 대류(convection) :유체와 고체 표면간의 열전달을 다루며, 뉴턴의 냉각법칙을 사용하여 유체의 속도와 온도 차이에 따라 열전달율을 분석합니다. 복사(radiation) : 물체 간의 복사 에너지를 분석하며, 스테판-볼츠만 법칙과 휘트스톤의 법칙을 통해 온도에 따른 복사 열전달을 계산합니다. 수치 해석 : 유한 요소법(FEM)이나 유한 차분법(FDM) 등을 사용하여 복잡한 기하학적 구조에서의 열전달을 수치적으로 해석합니다. 이러한 방법들은 열전달 문제를 효과적으로 해결하는데 필수적입니다.

김민규 전문가 · Answer

안녕하세요. 김민규 전문가입니다.가장 기본적으로는 직접적인 열 측정이 있겠습니다. 시작점과 끝점, 혹은 측정을 원하는 부위에 대해서 온도측정계를 이용하여 직접적으로 측정하는 것이죠. 이에 따라 열이 어느 정도 전달되는지 확인을 하게 되는 것 입니다. 그 외에도 열화상 카메라 등의 장비를 통해서 열 전달 흐름, 분포 등을 파악할 수 있게 됩니다.

조일현 전문가 · Answer

안녕하세요. 조일현 전문가입니다.기계공학에서 열전달을 분석하는 방법은 주로 열역학과 관련된 여려 가지 방법을 포함합니다.열역학은 열과 관련된 에너지 교환을 연구하는 학문으로 열전달의 세 가지 주요 메커니즘인 전도, 대류, 복사를 다룹니다.이 세 가지 메커니즘을 통해 열이 어떻게 전달되는지 분석할 수 있습니다.

김상규 전문가 · Answer

안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학적 관점에서 열전달을 분석하는 방법은 여러가지가 있습니다.일단 열전달의 메카니즘은복사, 전도, 대류의 3가지 방식으로 이뤄지며각 메커니즘을 정확 히 이해한 후열전달 해석을 수행해야 합니다.열전달 분석의 절차는전산해석을 통한 열전달 계수 산출 후난류모델, 벽 함수 등 전산 해석 기법을 통해 유동해석을 연계한 열전달 해석이 수행됩니다.레이놀즈 분석 및 본 카르만 분석등을 통해연전달 계수를 도출하게 됩니다.이를 통해 도출된 열전달 계수는실험값과 비교를 통해 검증 됩니다.열전달 해석을 통해 기계의 온도 분포와 변형을 예측 가능하며열전달 계수의 정확한 계산을 통해기계설계 최적화에 적용가능 하겠습니다.

이주형 전문가 · Answer

안녕하세요. 이주형 전문가입니다.열역학에서 전도, 대류, 복사를 통해 열 전달을 해석합니다.푸리에 법칙, 뉴턴 냉각법칙, 스테판-볼츠만 법칙이 이를 수식적으로 설명합니다.열교환기 설계와 에너지 효율 분석에 필수적으로 활용 됩니다.