대류 열전달 계수

일반적인 조건에서 자연 대류와 강제 대류의 열전달 계수.

heattransferconvection계산기

개요

대류 열전달은 고체 표면과 움직이는 유체(액체 또는 기체) 사이의 열 교환 과정입니다. 이 전달율은 뉴턴 냉각 법칙에 의해 결정되며 유체 특성, 흐름 영역(층류 또는 난류), 표면 기하, 유속에 영향을 받습니다.

주요 공식

뉴턴 냉각 법칙은 총 열전달율을 계산합니다.

대류 열전달 계산기

대류 계수(W/(m²·K))

표면적(m²)

온도 차이(K)

**대류 계수(h)**는 종종 Nusselt(Nu), Reynolds(Re), Prandtl(Pr) 수와 같은 무차원 수를 포함하는 경험 상관식에서 결정됩니다. 평판 위 강제 대류의 일반적인 형태는:

$Nu = C \cdot Re^m \cdot Pr^n$

여기서 h = (Nu * k) / L이며, k는 유체의 열전도율, L은 특성 길이입니다.

변수

8 행

대류 열전달 방정식의 주요 변수
기호	변수	SI 단위	설명
Q	열전달율	W	단위 시간당 전달된 총 에너지
h	대류 계수	W/(m²·K)	비례 상수; 흐름 및 유체 특성에 의존
A	표면적	m²	유체와 접촉하는 표면의 면적
ΔT	온도 차이	K	표면과 벌크 유체 온도의 차이
Nu	Nusselt 수	-	무차원; 대류 대 전도 열전달 비율
Re	Reynolds 수	-	무차원; 관성 대 점성 힘 비율
Pr	Prandtl 수	-	무차원; 운동량 확산도 대 열확산도 비율
k	열전도율	W/(m·K)	유체의 특성

출처: engineeringtoolbox.com

대표적인 대류 계수

h 값은 엄청나게 다양합니다. 초기 설계를 위한 대략적인 크기 순서 추정치로 사용하세요.

6 행

대류 계수(h)의 근사 범위
대류 과정	h(W/m²·K)	대표적인 맥락
자유 대류, 공기	5 - 25	수직판, 가열됨. 팬 효과 최소.
강제 대류, 공기	10 - 200	표면 위 기류, 전자 냉각.
강제 대류, 오일	60 - 1800	유압 시스템, 엔진 윤활.
강제 대류, 물	300 - 6000	파이프 흐름, 열교환기.
끓는 물	3000 - 100000	상변화(잠열)로 인한 높은 값.
응축 증기	5000 - 100000	잠열 방출로 인한 유사한 높은 값.

출처: engineeringtoolbox.com

강제 및 자연 대류

강제 대류는 펌프, 팬 또는 믹서와 같은 외부 힘에 의해 유체 흐름이 유도될 때 발생합니다. 자연 또는 자유 대류는 유체의 온도 변화로 인한 밀도 차이로 인한 부력에 의해 발생합니다. 단위 표면당 대류 열전달은 뉴턴에 의해 처음 기술되었으며 그 관계는 뉴턴 냉각 법칙으로 알려져 있습니다.

예 - 대류 열전달

표면적 60 m2, 대류 계수 8 W/(m2 K), 벽 표면과 주변 공기 사이 12 K 온도 차이의 외벽의 경우:

$Q = h A \Delta T = 8 \times 60 \times 12 = 5760 \text{ W}$

따라서 열전달율은 따뜻한 표면에서 더 차가운 공기로 5.76 kW입니다. 대표적인 대류 계수를 알면 냉각 코일, 가열판, 공정 용기, 파이프 표면에도 동일한 관계가 적용됩니다.

단위 변환기

열전달 단위 변환기

열전달율(W)

면적(m^2)

계수(W/(m^2 K))

온도 차이(K)

기류 열전달 계수 차트

기류의 경우 소스 페이지는 경험 근사를 제공합니다:

$h_{c,W} = 1.16(10.45 - v + 10v^{1/2})$

여기서 $v$ 는 물체 표면과 공기 사이의 상대 속도(m/s)입니다. 이 방정식은 경험적이며 약 2~20 m/s의 속도에 근사적으로 적용됩니다.

공기 열전달 계수 vs 상대 속도