Prepared by Han, Jae-Woo 복사 열전달 Prepared by Han, Jae-Woo 원자력교육원 한국수력원자력㈜

학습내용

학습목표 복사열전달의 특성을 설명할 수 있다. 복사 열전달 관련 용어를 정의할 수 있다. Stefan-Boltzman 법칙의 개념을 설명할 수 있다.

1. 복사열전달 개요(1/3) 물체는 온도에 따라 정해지는 어떤 파장의 전자기파 방출 - 열복사 절대 0도 이상의 물체는 모든 파장의 열복사를 방출하며, 그 대부분은 0.1~100㎛사이의 파장

1. 복사열전달 개요(2/3) 열복사 태양복사 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 열복사 0.1~100㎛ 태양복사 0.1~3㎛ 적외선 가시광선 자외선 0.4~0.7㎛ 0.4~10-2㎛ 0.7~1000㎛ 파장( ) ㎛ 진동수(s-1)

1. 복사열전달 개요(3/3) 복사 열전달 특성 고온물체에서 전자기파의 형태로 복사열을 방출하여 저온물체에 충돌 함으로서 일부 열을 전달시킴 전도나 대류와는 달리 중간 매질을 필요로 하지 않음 공기중이나 진공에서 열전달 두 물체가 이격 상태에서 열전달

2. 복사의 성질(1/3) 흡수율 (Absorptivity) 반사율 (Reflectivity) 입사복사 반사 투과 흡수 흡수율 (Absorptivity) 반사율 (Reflectivity) 투과율 (Transmitivity) 는 물질의 물리적 구조, 두께, 표면 거칠기, 복사에너지에 의해 결정됨 복사열전달에서 물질용량평 가 인자로 흡수율( )사용 액체, 기체: 대부분 투과 고체: 대부분 흡수 및 반사 (투과율=0, )

재 질 온도범위(℃) 흡수율 Polished Metals Aluminum Brass Chrominum Copper Iron Nickel Zinc Filaments Molybdenum Tungsten Other Materials Asbestos Rubber(gray) 250 – 600 250 – 400 50 – 550 100 150 – 1000 20 – 350 250 – 350 750 – 2600 30 – 3300 40 – 350 25 0.039 – 0.057 0.033 – 0.037 0.08 – 0.26 0.018 0.05 – 0.37 0.045 – 0.087 0.045 – 0.053 0.096 – 0.29 0.032 – 0.35 0.93 – 0.95 0.86 물질의 전자가 복사열을 반사. 전자가 많은 물질 전자반사-전자운동 온도범위가 있는 것은 온도에 따라 물질의 고유진동이 달라지므로 반사흡수정도가 달라짐

2. 복사의 성질(3/3) 흑체 (Black Body) 비흑체 (Non Black Body) 자신에 입사되는 복사에너지를 모두 흡수하는 물질 특정온도에서 복사에너지를 최대한 방출하는 물질 비흑체 (Non Black Body) 자신에 입사되는 일부의 에너지 흡수 일부 에너지 반사 작은 구멍이 있는 통속으로 빛이 들어오는 경우 : 그 작은 구멍은 검은색으로 보이며 이는 들어오는 모든 빛을 흡수하기 때문이며 이것은 흑체이고, 이 구멍을 통해 100%방사한다.

3. Stefan-Boltzman의 법칙(1/4) 복사강도 (Radiation Intensity): 단위시간당, 단위면적당 물체에 흡수되는 복사에너지(흡수에너지) 흡수율은 흑체의 흡수에너지에 대한 특정물질의 흡수에너지의 비

3. Stefan-Boltzman의 법칙(2/4) 방사능 (Emissive Power) : E 단위시간당, 단위면적당 물체가 방사하는 복사에너지 (방사에너지) 물체의 방사에너지는 온도함수이며, 흑체에서는 특정온도에서 최대한의 에너지 방사 특정 온도에서 흑체와 비흑체의 방사능 관계식 방사율은 흑체의 방사에너지에 대한 특정물질의 방사에너지 비

3. Stefan-Boltzman의 법칙(3/4) 복사 열전달만 하고 있는 물체에서 온도가 항상 일정하게 유지된다면 [흡수에너지 = 방사에너지] 흡수에너지와 방사에너지가 같다는 것은 한 물체를 기준으로 한 것, 한 물체의 흡수율과 방사율이 같다는 것. 어떤 물질의 방사능을 알려면 그 물질의 흡수율( )과 흑체의 방사능( )을 알아야 한다.

3. Stefan-Boltzman의 법칙(4/4) 흑체의 방사능은 흑체 절대온도의 4승에 비례

4. 복사열전달율(1/2) 흑체 전표면에서의 복사 열전달률 물체의 온도가 일정하게 유지될 때 ( ) 물체의 온도가 일정하게 유지될 때 ( ) 비흑체 전표면에서의 복사 열전달률

4. 복사열전달율(2/2) 두 물체간의 복사 열전달률 Y X 두 물체가 흑체이고, 무한크기의 평면일 때 흑체 X의 방사열 흑체 X와 Y에서 순수 복사 열전달률 X Y

5. 수정계수(1/2) 두 물체가 흑체이고, 기하학적 유한크기의 평면일 때 한 물체에서 방사되는 복사열중 일부가 다른 물체에 전달되고, 나머지는 주위물질로 상실됨 기하학적 계수( , Configuration Factor)

5. 수정계수(2/2) 두 물체가 비흑체일 때 두 비흑체에서는 입사된 복사열이 전부 흡수되지 않음 방사율 계수( , Emissivity Factor) 방사율계수와 흡수율계수는 같은 값

요약정리 & Q/A