열전송은 물체 내부나 물체 사이의 온도차로 인해 발생한다. 외래의 작업 입력이 없다면 열역학 제 2 법칙에 따르면 열량은 항상 고온에서 저온으로 자동 옮겨진다.
열 전달에는 열 전도, 열 대류 및 열 복사의 세 가지 기본 방법이 있습니다. 여기에는 세 가지 열 전달 방법이 있다.
(1) 열 전도율
물체의 각 부분 사이에 상대적 변위가 없을 때 분자, 원자, 자유 전자 등 미시 입자의 열운동으로 인한 열이 열전도로 변환됩니다.
열 전도의 기본 계산 공식은 푸리에 법칙입니다. 단위 시간 동안 열 전도가 전달하는 열은 열 흐름에 수직인 단면면적에 비례하고 온도 그라데이션에 비례하며 음수 기호는 열 전도의 방향이 온도 그라데이션 방향과 반대임을 나타냅니다.
여기서 q 는 w 단위의 열유속을 나타냅니다. DT/dx 는 c/m 단위의 온도 구배입니다. A 는 열전도 면적이고, 단위는 평방 미터이다.
λ는 재질의 열 전도율로, 열 전도율이라고도 하며 w/(m c) 또는 W/(mK) 단위로 표시됩니다.
열전도도는 재료의 고유한 물리적 특성으로, 재료의 열전도도를 나타냅니다. 열전도율이 높을수록 재료의 열전도도가 좋습니다.
(2) 열대류
열대류는 유체의 거시적 운동으로 인해 유체의 서로 다른 부분 간의 상대적 변위, 냉열유체가 혼합되어 발생하는 열 전달 과정을 말합니다. 열대류는 유체에서만 발생하며, 유체의 분자도 불규칙하게 움직이기 때문에 열대류는 항상 열전도를 동반한다.
엔지니어링에서 흔히 볼 수 있는 것은 유체가 물체를 통과하여 물체와 물체 표면 사이에 열 전달 과정을 생성하는 것이다. 이 현상을 대류 열전달 과정이라고 합니다.
대류 열전달은 자연 대류와 강제 대류로 나눌 수 있습니다.
자연 대류는 라디에이터 근처의 공기가 열을 받을 때 위로 흐르는 것과 같이 유체의 냉열 부분 밀도가 다르기 때문에 발생합니다.
강제 대류는 유체가 압력 차이로 인해 흐르는 것이다. 예를 들어 냉각수 경로는 밀도가 떨어지는 것이 아니라 펌프로 구동된다.
열 대류의 기본 계산 공식은 뉴턴 냉각 공식입니다.
여기서 Q 와 A 는 푸리에 공식에서 Q 와 A 의 의미와 동일하며 각각 열 흐름과 면적입니다.
Ts 와 TF 는 각각 고체 표면 온도와 유체 온도를 나타냅니다.
H 는 대류 열전달 계수로, 단위 온도 차이 (W/M2 C) 의 단위 면적당 열유속을 나타내며, 대류 열전달 계수가 클수록 열 전달이 더 심해집니다.
대류 열전달 계수는 열전달 과정의 많은 요인과 관련이 있습니다. 예를 들어, 물체의 물리적 특성, 핫스왑 표면의 모양과 크기, 유체의 유속과도 관련이 있습니다. 대류 해석에서는 일반적으로 이론적 분석이나 실험 방법을 사용하여 물체 표면의 대류 열전달 계수를 계산해야 합니다.
(3) 열 방사
물체가 전자파를 통해 에너지를 전달하는 방식은 복사가 된다. 물체는 여러 가지 이유로 방사선을 방출하고, 열이 복사 에너지를 방출하는 현상을 열 복사라고 한다.
복사와 처음 두 가지 열 전달 방식의 차이는 둘 다 물질이 필요하다는 점이다. 복사는 진공에서 에너지를 전달하거나 심지어 진공에서 가장 효율이 높다는 것이다.
물체의 복사 열 흐름은 볼츠만 법칙의 경험적 공식에 따라 계산될 수 있습니다.
여기서 a 는 m2 단위의 방사선 표면적입니다.
플루토늄은 물체의 방사율, 흑도라고도 하며, 그 값은 항상 1 보다 작으며, 물체의 유형과 표면 상태와 관련이 있다.
σ 는 흑체 방사 상수라고도 하는 Stefan-Boltzmann 상수로 5.67x 10-8W/m2*k4 값을 갖는 자연 상수입니다.
φ는 복사 열전달의 에너지가 아니라 물체 자체 복사의 열 흐름이다.
엔지니어링에서는 일반적으로 두 개 이상의 물체 사이의 방사선을 고려하며, 시스템의 각 물체는 동시에 열을 방출하고 흡수합니다. 이들 사이의 순 열 전달은 스티븐 볼츠만 방정식을 통해 계산됩니다.
여기서 q 는 열 유속입니다. ε 1 은 물체의 흑도입니다. σ 스티븐 볼츠만 상수입니다.
A 1 은 복사면 1 의 면적이고 F 12 는 복사면 1 에서 복사면 2 까지의 모양 계수입니다.
T 1 은 복사면 1 의 절대 온도이고 T2 는 복사면 2 의 절대 온도입니다.
상식에서 볼 수 있듯이 열 방사를 포함하는 열 분석은 매우 비선형적이다.