귀여운 촌아의 작은상자

열전달 5-23.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

문제 5-23

일정한 열발생이 있는 넓은 우라늄 판의 한 면이 단열되어 있고,

다른 면은 대류가 일어나고 있을 때, 유한차분식을 구하고 절점의 온도를 계산한다.

가정: 우라늄 판은 넓이에 비해 매우 넓으므로 1차원 정상 열전달이다.

우라늄 판의 열적 물성치는 일정하며, 열전달계수는 균일하다.

복사에 의한 열전달은 무시할 수 있다.

풀이: (a) 절점은 0부터 5까지이며 1차원 정상 열전달에 대한 단열 경계면(M=0)과 대류 경계면(M=5)에서 유한차분식은 다음과 같다.

절점 0:

절점 5:

위의 경계면 절점을 제외한 절점은 내부 절점이며 유한차분식은 다음과 같다.

내부 절점:

각 절점에 대한 유한차분식을 간단히 하면 다음과 같다.

(b) 위의 연립 방정식을 계산하면 각 절점의 온도는 다음과 같다.

열전달 5-22.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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-YUNUS A. CENGEL

-AFSHIN J. GHAJAR    

-유성연, 김경훈, 김병철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역

McGraw-Hill

문제 5-22

1차원 정상 열전도인 원통형 핀(pin) 모양의 휜(fin)이 외부 공기의 대류에 의한 열전달과 복사에 의한 열전달이 일어날 때,

절점에서의 온도를 구하기 위한 유한차분식을 유도한다.

가정: 핀(pin) 모양 휜(fin)은 반경 방향으로 온도변화가 없으며 휜의 축 방향으로만 온도가 변한다.

휜의 열적 물성치와 대류열전달계수, 외부 공기의 온도, 주위 온도, 방사율 등은 일정하고 균일하다.

휜 끝의 열전달은 무시할 수 있으며, 절점 0의 온도는 휜이 부착되어 있는 면의 온도와 같고 일정하다.

풀이: 핀(pin) 휜(fin)은 1차원 정상 열전도이며 모든 면에서 매질로 들어오는 방향으로 열전달이 일어난다고 하면

절점 1에서 에너지 균형법을 이용한 유한차분식은 다음과 같다.

절점 1:

위 식을 정리하면 다음과 같다.

핀(pin) 휜(fin)의 끝에서는 열전달이 없으므로 절점 2에서 에너지 균형법을 이용한 유한차분식은 다음과 같다.

절점 2:

위 식을 정리하면 다음과 같다.

열전달 5-21.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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-YUNUS A. CENGEL

-AFSHIN J. GHAJAR    

-유성연, 김경훈, 김병철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역

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문제 5-21

두 개의 층으로 완전히 접촉하고 있는 복합 평판이 정상 1차원 열전도 상태에 있을 때,

단열면과 복사열절달의 경계 조건을 고려해서 절점에 대한 유한차분식을 구한다.

가정: 복합 평판은 두께 방향으로 정상 1차원 열전도이며, 열전도도는 각각 일정하다.

열발생은 없으며 방사율과 주위 온도는 일정하고 균일하다.

풀이: 복합 평판은 1차원 정상 열전도이며, 모든 면에서 매질로 들어오는 방향으로 열전달이 일어난다고 하면

각 절점에서 에너지 균형법을 이용한 유한차분식은 다음과 같다.

절점 M=0 : 단열 경계면

절점 M=1 : 접촉면

절점 M=2 : 복사 경계면

열전달 5-20.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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문제 5-20

위치에 따라 열발생이 변화하고 열전도도가 일정한 평판이 정상 1차원 열전도 하에 있을 때,

복사열전달의 경계 조건을 고려해서 경계 절점에서의 유한차분식을 구한다.

가정: 평판은 두께 방향으로 정상 1차원 열전도이며, 열전도도는 일정하다.

열발생은 위치에 따라 변화하며 주어진 방사율, 주위 온도는 균일하고 일정하다.

풀이: 평판은 정상 1차원 열전도이며, 모든 면에서 매질로 들어오는 방향으로 열전달이 일어난다고 하면

왼쪽 경계(절점 0)에서 에너지 균형법을 사용한 유한차분식은 다음과 같다.

따라서 오른쪽 경계(절점 4)에서 유한차분식은 다음과 같다.

열전달 5-19.docx

열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.

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문제 5-19

위치에 따라 열발생이 변화하고 열전도도가 일정한 평판이 정상 1차원 열전도 하에 있을 때,

일정한 열유속과 대류열전달의 경계 조건을 고려해서 경계 절점에서의 유한차분식을 구한다.

가정: 평판은 두께 방향으로 정상 1차원 열전도이며, 열전도도는 일정하다.

열발생은 위치에 따라 변화하며 대류열전달계수와 외부 온도는 균일하고 일정하다.

풀이: 평판은 정상 1차원 열전도이며, 모든 면에서 매질로 들어오는 방향으로 열전달이 일어난다고 하면

왼쪽 경계(절점 0)에서 에너지 균형법을 사용한 유한차분식은 다음과 같다.

따라서 오른쪽 경계(절점 4)에서 유한차분식은 다음과 같다.

열전달 5-18.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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문제 5-18

한 쪽 면은 특정 온도, 다른 한 쪽 면은 열유속이 주어진 정상 열전도 평판을 절점에 대한 유한차분식을 유도한다.

가정: 주어진 평판은 두께 방향으로 1차원 정상 열전도이며,

평판의 열적 물성치와 열유속, 왼쪽 면의 온도는 균일하고 일정하다.

풀이: 열전달은 정상상태이고 휜에서 열발생은 없으며

모든 면에서 매질로 들어오는 방향으로 열전달이 일어난다고 하면 절점 0과 8에서의 에너지 균형식은 다음과 같다.

절점 M=0:

절점 M=8:

왼쪽 경계는 절점 0인 위치로 온도가 일정하다. 따라서 절점 0으로 전달되는 열전달률은 0이어야 하므로 유한차분식은 다음과 같다.

HeatTransfer_5_16.m

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문제 5-16