평면벽 전도의 열저항, 대류, 복사 열저항 Thermal Resistance Of Conduction

열저항이란, 영어로 Thermal Resistance라고 나타내며 열의 전달을 방해하는 값을 말합니다. 우리가 익히 알고있는 전기저항(Electrical resistance)과 같은 개념이라고 생각하면 쉽습니다. 왜나하면 열전도, Heat conduction와 전기전도, Electrical conduction의 원리가 같기 때문입니다.

 

 

열전도 전기전도, Thermal conduction Electrical conduction

---

열전도에 대해 알아보기 위해 우리가 이미 알고있는 전기전도를 이용해보겠습니다.

우리가 옴의 법칙(Ohm's Law)으로 배운 '전기저항=전압/전류'라는 식을 열전도에 대입해보도록 하겠습니다.

 

전기저항, Electrical resistance -> 열저항, Thermal resistance

전압, Voltage -> 온도, Temperature

전류, Electric current -> 열전도율, Heat transfer rate

전기저항 모델을 이용해서 회로의 전압(Voltage), 전류(Electric current)를 계산하듯이 열저항 모델을 이용해서 온도(Temperature), 열전도율(Heat transfer rate)을 알 수 있다.

 

전기저항이 낮을수록 전류가 많이 흐르듯이 열저항이 낮으면 열유속이 높아집니다.

 

이러한 열저항은 열전달에서 나타나는 성질이기 때문에 열전달 방법 3개지 전도(Conduction), 대류(Convection), 복사(Radiation)의 열저항이 각각 존재합니다.

 

 

전도의 열저항, Conduction heat resistance

---

전도의 열저항을 구하기 위해서는 푸리에 열전도 법칙(Fourier’s law)을 이용해야 합니다.

푸리에 열전도 법칙에 대해서는 앞선 게시물에서 자세하게 다루었으니 생략하겠습니다.

 

푸리에 열전도 법칙, 열유속과 열전도도, Fourier's law, Heat flux and Heat conductivity

푸리에 열전도 법칙, 열유속과 열전도도, Fourier's law, Heat flux and Heat conductivity

 

푸리에 열전도 법칙의 식은 다음과 같습니다.

푸리에 열전도 법칙을 열저항 △T/q 꼴로 정리하겠습니다.

단방향, 1차원(1-D) 열전도에서 x차이는 길이, 거리와 같으니 L로 바꿀 수 있습니다.

 

 

대류의 열저항, Convection heat resistance

---

뉴턴의 냉각 법칙(Newton’s law of cooling)과 대류(Convection)의 관계식은 다음과 같습니다.

이 식을 또 다시 열저항 △T/q에 대하여 정리하겠습니다.

이 때, h는 열전달계수, Heat transfer coefficient 또는 Convection coefficient 라고 부릅니다.

 

 

복사의 열저항, Radiation heat resistance

---

복사의 열저항은 학부수준에서 잘 다루지 않기 때문에 간단하게 알고만 넘어가겠습니다. 복사 열전달은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있습니다.

이 식에 뉴턴의 냉각 법칙을 이용하여 식을 나타내겠습니다.

복사의 열저항은 아래 식과 같이 정리할 수 있습니다.

 

 

열저항 직렬 병렬 복합벽, Thermal Resistance Parallel and Series

열저항 직렬 병렬 복합벽, Thermal Resistance Parallel and Series

 

푸리에 열전도 법칙, 열유속과 열전도도, Fourier's law, Heat flux and Heat conductivity

푸리에 열전도 법칙, 열유속과 열전도도, Fourier's law, Heat flux and Heat conductivity