귀여운 촌아의 작은상자

열전달 1-70.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

Fundamentals and Applications

-YUNUS A. CENGEL

-AFSHIN J. GHAJAR

-유성연, 김경훈, 김병철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역

McGraw-Hill

1-70

전열기구에서 소모되는 전기에너지는 열의 형태로 모두 물에 전달되며, 전열기구의 표면온도는 일정하게 유지된다. 전기에너지가 모두 열의 형태로 일정한 비율로 물에 전달된다. 따라서 위의 과정은 정상상태이다. 물의 열적 물성치는 일정하며 물과 전열기구는 단열된 용기 안에 담겨있다고 가정한다.

상온에서의 물의 비열은 이다.

소모된 전기에너지는 물로 전달되었으므로 물을 데우는데 소요된 시간은 다음과 같다.

전열기구의 표면적 이다.

Newton의 냉각법칙은 다음과 같이 표현되고,

복사에 의한 열전달 등을 무시할 때, 전열기구에서 물에 전달되는 열은 모두 대류에 의해서 전달된다. 따라서 위의 과정에서 처음과 마지막 순간에 나타나는 대류열전달계수는 다음과 같다.

열전달 1-69.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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-유성연, 김경훈, 김병철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역

McGraw-Hill

1-69

위 문제에서 제시된 과정은 정상상태이다. 실리콘 칩의 열적 특성은 변하지 않으며, 소모된 전기는 모두 열에너지로 변환된다.

전도에 의한 열전달이므로

이고,

칩의 앞면과 뒷면의 온도차는

이다.

열전달 1-68.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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-YUNUS A. CENGEL

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-유성연, 김경훈, 김병철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역

McGraw-Hill

1-68

우주선의 표면 온도는 일정하게 유지되고 있으므로 위의 과정은 정상상태이다. 모든 열적인 물성치는 일정하다. 또한 우주공간에 있으므로 우주선 주변의 온도는 절대온도 0K라 할 수 있다.

Stefan-Boltzmann 상수는 다음과 같다.

주변의 온도가 0K이고 우주선 표면의 온도가 일 때 방사되는 복사는 다음과 같다.

즉, 이 때의 복사열이 태양복사열의 흡수열과 같으므로

이고, 태양복사열의 흡수열은 다음과 같다.

따라서 우주선의 표면온도를 구하는 식은

이므로

대입하면

이다.

그러므로 우주선의 표면온도는

이다.

열전달 1-66.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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1-66

위의 과정은 정상상태이고 대류열전달계수와 주변의 온도는 일정하게 유지된다. 또한 복사에 의한 열전달은 고려하지 않는다.

정상상태이므로 대류에 의한 열전달률은 다음과 같다.

열전달 1-65.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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-유성연, 김경훈, 김병철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역

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1-65

열손실이 일어나는 동안에는 정상상태의 과정으로 일어나며 온도와 대류열전달계수는 일정하게 유지된다. 대류에 의한 열손실만 고려하고 복사에 의한 열손실은 고려하지 않는다..

대류에 의한 열손실이 일어나는 부분의 표면적은 다음과 같다.

따라서 정상상태일 때 대류에 의한 열전달률은 다음과 같다.

열전달 1-63.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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1-63

위의 과정은 정상상태의 과정이며 주변의 온도는 일정하게 유지되고 있다. 공기의 대류에 의한 열전달은 고려하지 않는다. 사람은 방 한가운데 서 있으며 인체의 표면적 중 발바닥의 면적은 무시한다.

여름의 경우 주변 온도의 절대온도는 

이며 겨울의 경우는 다음과 같다.

따라서 여름의 경우에 복사열전달률은 다음과 같다.

겨울의 경우에 복사열전달률은 다음과 같다.

열전달 1-62.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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1-62

위 문제의 과정동안에는 정상상태이며, 냉장고의 안쪽과 바깥쪽의 온도는 일정하게 유지된다. 또한 냉장고의 문의 가로와 세로 길이는 두께보다 매우 크다고 볼 수 있으므로 냉장고 문을 통한 열전달은 두께 방향으로만 전달된다고 가정한다.

따라서 냉장고 벽의 평균 열전도도는 다음과 같다.

열전달 1-61.docx

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1-61

위 문제와 모든 조건이 동일하고 전기히터에서 소모되는 전력만 다르므로 각각의 샘플에 전달되는 열전달률은 다음과 같다.

따라서 샘플의 열전도도는 다음과 같다.

열전달 1-60.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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1-60

문제의 모든 과정은 정상상태의 과정으로 존재하고 샘플의 온도는 일정하게 유지된다. 또한 네 모퉁이는 완전히 단열된 상태이므로 열전도 외의 열손실은 무시하고 전기히터에서 전달되는 열은 모두 샘플에 전달된다. 샘플은 동일하므로 양면이 대칭이다.

위와 같은 조건에서 각각의 샘플에 전달되는 열전달률은

이고, 샘플의 면적은

이다.

따라서 열전도도는 다음과 같다.

열전달 1-59.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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-유성연, 김경훈, 김병철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역

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1-59

문제의 모든 과정은 정상상태이며, 샘플의 온도는 일정하게 유지된다. 또한 샘플의 옆면은 단열되어 옆면을 통한 열손실은 무시한다. 따라서 전기히터에서 전달되는 열은 모두 샘플을 통과한다.

전기히터에서 열로 바뀌게 되는 전기에너지는

이다.

따라서 각각의 샘플을 통과하는 열전달률은

이다.

샘플의 단면은 다음과 같다. 

그러므로 샘플의 열전도도는

이다.