분야
docx가열된 표면은 주로 Convection및 Radiation 에 의해 주변 환경으로 열을 방출하게 된다. 하지만 실제로 Convection 과 Radiation을 따로 고려하는 것은 매우 힘들기 때문에 표면 온도와 표면 유체 속도에 따른 Convection 및 Radiation을 함께 살펴보는 것이 더 유용하다. Convection 및 Radiation의 합쳐진 효과는 가열된 실린더 표면의 온도와 전기적 Power Input을 측정함으로 계산할 수 있으며 이를 이론 값과 비교해 볼 수 있다. 가열된 표면에서의 Convection은 평상시의 Free Convection, 공기의 흐름이 존재할 경우의 Forced Convection으로 일어나게 되며 Forced Convection에 의한 열 방출량은 Free Convection에 의한 열 방출량보다 더 크다. 또한 낮은 온도에서의 열 전달은 주로 Convection, 높은 온도에서는 주로 Radiation으로 일어나게 된다.
이번 실험에서는 수평 실린더의 Convection 및 Radiation의 합쳐진 열 전달량을 넓은 범위의 Power Input과 표면 온도에서 구해보고 Free convection 시 Power Input 과 표면 온도와의 상관관계를 구해본다. 또한 열 방출에 있어서 Convection 과 Radiation 의 비율을 살펴보고 낮은 온도에서는 주로 Convection, 높은 온도에서는 주로 Radiation으로 열이 방출된다는 것을 각 열 전달 Mode의 Heat Transfer Coefficient (Hc, Hr)의 값의 계산을 통해 확인한다.
2. 실험이론
표면의 온도가 주변 환경과 동일한 온도를 가지는 정체된 공기의 온도보다 높을 경우, 표면으로부터 공기와 주변 환경으로 열 전달이 생기게 된다. 이러한 열 전달은 공기의 Free Convection (공기는 표면에 의해 가열되면서 밀도가 낮아지게 되므로 떠오르게 된다.) 과 Radiation의 합쳐진 형태로 이루어지게 된다. 이번 실험에서 수평 실린더가 사용되는 이유는 열 전달이 이루어지는 간단한 표면을 형성하기 때문이다.
Free Convection의 경우, Nusselt Number (Nu) 는 Grashof 와 Prandtl Numbers에 의존하게 되며 다음과 같은 상관관계를 가지게 된다.
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