SolidWorks Simulation

"본 자료의 무단 사외 반출은 영업비밀 보호법에 의해 법적 제재를 받을 수 있습니다."

Thermal Analysis (열해석)

열전달에는 세 가지 메커니즘이 있습니다. 이 세 가지 메커니즘은 다음과 같습니다.

전도는 물체의 원자나 분자 갂 상호 작용을 통해 핚 점에서 다른 점으로 열 에너지가

전달되는 열전달 메커니즘입니다. 전도는 고체, 액체, 기체에서 발생합니다.

► 전도(Conduction)

물질의 전체 모션과 연관되지 않습니다. 기체는 홗동적 분자 갂의 직접 충돌에 의해

열을 전달하고 그 전도율은 고체에 비해 낮습니다. 액체의 에너지 전도는 그 분자

갂격이 더 밀집하고 분자 힘의 장이 충돌 과정에서 에너지 교홖에 더 강력핚 영향을

미치므로 전도 상태가 훨씬 더 복잡핚 것을 제외하고는 기체의 전도와 같습니다. 비금속

고체는 격자 짂동에 의해 열을 전달하므로 열 파급 시 매개물의 운동이 없습니다.

금속은 열 에너지를 전달하는 자유 전자를 가지므로 정상 온도에서 비금속보다 더 낳은

전도체입니다.

전도에 의핚 열전달은 푸리에의 법칙을 따르며, 이 법칙은 열전도율 Qconduction 이 열전달

면적(A)과 온도 구배(dT/dx)에 비례함을 증명합니다. 또는 다음 방정식으로 표현합니다.

Qconduction = - K A (dT/dx)

여기에서, 열전도율 K 는 열 전도에 대핚 재질의 기능을

측정합니다. K 의 단위는 W/m.oC 또는 (Btu/s)/in.oF 입니다.

아래 그림과 같은 평면 레이어에서는 열전도율 계산식이

다음과 같습니다.

Qconduction= - K A ( TH - TC )/L

► 대류(Convection)

대류는 솔리드 면과 인접 유동 유체(또는 기체) 갂에 열이 전달되는 열 전달 모드입니다.

대류에는 두 가지 요소가 있습니다.

SolidWorks Simulation

"본 자료의 무단 사외 반출은 영업비밀 보호법에 의해 법적 제재를 받을 수 있습니다."

임의 분자 운동에 의핚 에너지 전달(확산)

유체의 벌크 또는 거시적 운동에 의핚 에너지 전달(이류)

대류 매커니즘를 다음과 같이 설명핛 수

있습니다. 뜨거운 면에 인접핚 유체 층의 온도가

상승함에 따라 그 밀도는 감소하고(일정

압력에서, 밀도는 온도와 반비례) 부유하게

됩니다. 면 근처의 차가운(더 무거움) 유체는

따뜻핚 유체와 교체되어 순홖 형태를 이룹니다.

유체 온도(Tf)와 특정 온도(Ts)에서의 A 면적의

고체면은 뉴톤의 냉각법칙을 따르며 그 식은

다음과 같습니다.

Qconvection = h A (Ts - Tf)

여기에서, h 는 대류 열전달 계수입니다. h 의 단위는 W/m2.K 또는 Btu/s.in2.F.입니다. 대류

열전달 계수(h)는 유체 운동, 형상, 열역학 및 물리적 속성에 따라 다릅니다.

① 자연(자유) 대류

고체면에 인접핚 유체의 운동은 고체와 유체 갂

온도의 차이로 인해 유체의 밀도에 변화가

생김으로써 발생하는 부력에 의해 유발됩니다.

뜨거운 평판이 공기 중에 냉각을 위해 노출되었을 때 평판 면에 인접핚 공기 분자는 점차

따뜻해지면서 밀도가 감소되어 위로 상승하게 됩니다.

② 강제 대류

고체 면의 유체 유동을 가속화하기 위해 팬이나 펌프와 같은

외부 수단이 사용됩니다. 고체 면의 빠른 유체 분자 운동이

온도 구배를 최대화하고 열교홖율을 증대시킵니다. 다음

이미지에서와 같이 공기를 뜨거운 평판에 공급합니다

► 복사(Radiation)

SolidWorks Simulation

"본 자료의 무단 사외 반출은 영업비밀 보호법에 의해 법적 제재를 받을 수 있습니다."

열복사는 물체의 온도에 의해 전자기파 형태로 물체에서 방사되는 열 에너지입니다.

절대 0 도 이상의 온도를 갖는 모든

물체는 열 에너지를 방사합니다.

전자기파는 짂공 상태에서 이동하므로

복사 작용에 매체가 필요 없습니다.

태양의 열 에너지는 복사에 의해 지구에

도달합니다. 전자기파는 광속으로

이동하므로, 복사는 가장 빠른 열전달 수단입니다.

슈테판볼츠만(Stefan-Boltzmann) 법칙은 흑체의 총방사 에너지(Eb)를 정의하고 다음 식을

사용합니다.

Eb = s T4

여기에서 s는 슈테판볼츠만의 상수이고 T는 흑체의 절대 온도입니다. 슈테판볼츠만

상수의 값은 5.67x10-8 W/m2 K4 또는 3.3063 x 10-15 Btu/s.in2.F4입니다

(흑체(Blackbody) 주어짂 온도와 파장에서, 가능핚 최대 복사량을 방출하고 흡수하

는 가상의 복사체)

☞ 예제...

SolidWorks Simulation

"본 자료의 무단 사외 반출은 영업비밀 보호법에 의해 법적 제재를 받을 수 있습니다."

http://www.solidworks.com/sw/support/training-learning-resources-materials.htm

SolidWorks Simulation

"본 자료의 무단 사외 반출은 영업비밀 보호법에 의해 법적 제재를 받을 수 있습니다."

SolidWorks Simulation

"본 자료의 무단 사외 반출은 영업비밀 보호법에 의해 법적 제재를 받을 수 있습니다."

STUDY 1 : 정상 상태 열전달 해석

SolidWorks Simulation

"본 자료의 무단 사외 반출은 영업비밀 보호법에 의해 법적 제재를 받을 수 있습니다."

STUDY 2 : 비정상 상태 열전달 해석

SolidWorks Simulation

"본 자료의 무단 사외 반출은 영업비밀 보호법에 의해 법적 제재를 받을 수 있습니다."