🔥 대류 열전달 계수 계산기

대류 열전달 계수 계산기

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유속

특성 길이

계산 결과

대류 열전달 계수-W/m²·K

레이놀즈 수-

뉴셀트 수-

유동 체제-

계산기 설명

대류 열전달 계수(Convection Heat Transfer Coefficient, h)는 유체와 고체 표면 사이의 열전달 정도를 나타내는 계수입니다. 뉴턴 냉각 법칙에 따라 열유속 q = h × (T_s − T_∞)로 표현되며, 유속·유체 성질·형상에 따라 달라집니다.

이 계산기가 구하는 것

레이놀즈 수(Re), 프란들 수(Pr)를 계산하고, 적절한 상관식(Nusselt 수 관계식)을 선택하여 대류 열전달 계수 h를 계산합니다. 평판·원관·구 등 다양한 형상을 지원합니다.

왜 필요한가

열교환기 설계에서 전체 열전달 계수(U)를 결정하는 핵심 요소입니다
냉각 시스템(엔진 냉각, 전자기기 냉각 등)의 성능 평가에 필수적입니다
공정 설비의 가열·냉각 시간 예측에 사용됩니다

계산 공식

뉴턴 냉각 법칙

대류 열전달의 기본 공식으로, 유체와 표면 사이의 온도차에 비례하는 열유속을 나타냅니다.

q = h\left(T_s - T_{\infty}\right)

q — 열유속 [W/m²]
h — 대류 열전달 계수 [W/(m²·K)]
T_s — 표면 온도 [°C 또는 K]
T_∞ — 유체 온도 (자유 유류) [°C 또는 K]

뉴셀 수 관계식

뉴스셀 수(Nu)는 무차원 열전달 계수이며, Re와 Pr의 함수로 표현됩니다. 형상과 유동 조건에 따라 적절한 상관식을 선택합니다.

평판 난류 (Flat plate turbulent)

Nu = 0.037\,Re^{0.8} Pr^{1/3}

원관 난류 (Circular tube turbulent)

Nu = 0.023\,Re^{0.8} Pr^{n}

구형 (Sphere)

Nu = 2 + 0.6\,Re^{1/2} Pr^{1/3}

대류 열전달 계수 h의 유도

h = \dfrac{Nu\,k}{L}

Nu — 뉴스셀 수 (무차원)
k — 유체의 열전도율 [W/(m·K)]
L — 특성 길이 [m] (원관: 직경, 평판: 판 길이)

무차원 수 계산 공식

Re = \dfrac{\rho v L}{\mu}

Pr = \dfrac{\mu c_p}{k}

Re — 레이놀즈 수: 관성력/점성력 비 (Re > 2300: 천이, Re > 10⁴:난류)
Pr — 프란들 수: 운동점성율/열확산율 비 (공기 ≈ 0.71, 물 ≈ 7.0)
μ — 동점성 계수 [Pa·s]
v — 유속 [m/s]

유용한 팁

실무 팁

대류 계수 h의 범위: 공기 자연 대류 5~25, 강제 대류 25~250, 액체 100~20,000 W/(m²·K)
유속이 증가하면 h도 증가하지만, 에로전과 소음도 함께 증가합니다
난류 강화를 위해 fin(핀)이나 turbulence promoter를 사용하면 h를 크게 높일 수 있습니다

한계와 주의사항

상관식은 특정 형상·유동 범위에서 유도된 것이므로, 적용 전에 유효 범위를 반드시 확인하세요
자연 대류와 강제 대류가 동시에 작용하는 혼합 대류는 별도의 상관식이 필요합니다
비정상(unsteady) 대류 열전달은 이 계산기에서 다루지 않으며, 시간 의존 해석이 필요합니다