[자연과학]기계공학실험 - 전도 열전달 실험

기계공학실험
전도 열전달 실험

1.이론

가) 전도 열전달의 개요 (열전도율,열저항의 개념)

-전도 열전달은 물질의 이동 없이 고온부에서 저온부로 직접 열을 전달하는 것을 말한다. 대류는 표면과 유동사이의 관계이지만, 엄밀히 말하면 고온부의 입자가 저온부의 면에 접촉하여 전도를 한다고 볼 수 있다, 하지만 대류는 전도와는 다르게 계산과정이 복잡하고 풀기 어려워서 학자들이 데이터 시트를 만들어서 그것을 이용하여 대류를 단순하게 계산할 수 있도록 하였다. 때문에 전도 열전달은 대부분 고체에서 일어나는데 열이 이동하면서 열 유동 방향으로 금속내부의 온도 구배에 따른 금속간의 접촉 열저항과 열전도율을 계산할 수 있다.

2) 접촉 열저항의 개념

접촉 열저항은 물질이 전도에 의해 열전달을 할 때, 물질과 물질사이의 접촉면에서 열전도를 방해하는 성질을 말하는 것으로 온도변화가 클수록 또 연전달율이 작아질수록 커진다.

3) 계산식[Fourier`s Law for Heat Conduction in Solids]

한 방향의 전도에 의한 열전달은 “열류에 수직한 면적과 그 방향의 온도기울기의 곱에 비례한다.” 라고 정의된다.
㉮ 열 유동율과 열 플럭스에 관한 식

열유동율 (Heat flow rate) [W]
열플럭스 (Heat flux) [W/m2]
열전도율 (Theraml Conductivity) [W/m℃]
㉯ 금속 봉을 통한 열 유동율
(3)
여기서, 단면적 [m2] 본 장치의 시편직경 (mm)
㉰ 열저항과 열전도율의 관계식

① 금속 접촉면

금속 경계면사이의 온도차
냉각수의 질량 유량
냉각수의 비열
냉…

② 각 금속봉의 열유동률과 열저항, 열전도율 사이의 관계식

③ 총열량

④ 금속봉 내부의 온도 분포

2. 실험 결과

①철의 열저항과 열전도율 (1번~2번의 평균)

②알루미늄의 열저항과 열전도율 (3번~6번사이의 평균)

③마그네슘의 열저항과 열전도율 (7번~10번사이의 평균)

④철과 알루미늄의 접촉열저항 및 열전도율과 내부온도분포 (2번~3번에 걸쳐서)

⑤알루미늄과 마그네슘의 접촉열저항 및 열