☀️ 복사 열전달 계산기
슈테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann Law)을 사용하여 물체와 주위 환경 간의 순 복사 열전달량을 계산합니다.
☀️ 복사 열전달 계산기
슈테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann Law)을 사용하여 물체와 주위 환경 간의 순 복사 열전달량을 계산합니다.
✅ 계산 결과
복사 프로세스
계산기 설명
복사 열전달(Radiation Heat Transfer)은 매질(공기 등)을 통하지 않고 전자기파(적외선) 형태로 전달되는 열입니다. 태양열, 용광로, radiators, 열차폐 설계 등에서 지배적인 메커니즘이며, 대류·전도와 달리 온도의 4제곱에 민감하게 의존합니다.
이 계산기가 구하는 것
물체와 그 주위(또는 두 표면) 사이의 순(net) 복사 열전달량 q를 슈테판-볼츠만 법칙으로 계산합니다. 표면적, 방사율, 두 온도의 차이가 주어지면 단위시간당 전달되는 열량을 구합니다.
왜 필요한가
- 고온 설비(보일러, 가열로)의 열손실 평가 및 단열 설계
- 태양열 집열·건물 외피의 일사 부하 산정
- 전자부품·배터리 등의 수동 냉각(방사 냉각) 검토
계산 공식
슈테판-볼츠만 법칙
완전히 둘러싸인 큰 주위에 노출된 회색물체의 순 복사 열전달량입니다. 물체가 방출하는 복사와 주위로부터 흡수하는 복사의 차이로, 두 절대온도의 4제곱 차에 비례합니다.
- q — 순 복사 열전달량 [W 또는 Btu/hr]
- ε — 방사율 (0~1, 흑체는 1, 거울면은 ≈0)
- σ — 슈테판-볼츠만 상수 (5.67×10⁻⁸ W/(m²·K⁴) 또는 0.1714×10⁻⁸ Btu/(hr·ft²·°R⁴))
- A — 복사 표면적 [m² 또는 ft²]
- T₁ — 물체의 절대 온도 [K 또는 °R]
- T₂ — 주위의 절대 온도 [K 또는 °R]
식의 의미
- 온도 차가 커질수록, 특히 고온일수록 열전달이 급격히 커집니다(4제곱 의존).
- 방사율 ε이 1에 가까울수록(검은 표면) 복사가 크고, 광택 금속표면은 작습니다.
- 표면적 A에 비례하므로 노출 면적을 줄이면 복사 손실을 줄일 수 있습니다.
적용 범위와 가정
이 식은 물체가 주위에 완전히 둘러싸여 있고, 두 표면의 온도가 균일하며, 뷰팩터(view factor)가 1인 이상화(큰 주위) 경우에 해당합니다. 실제 두 표면 사이의 교환이면 뷰팩터와 유효 방사율을 추가로 고려해야 합니다.
계산 예시
방사율 ε = 0.9, 표면적 A = 1 m²인 강판이 T₁ = 500 K, 주위 T₂ = 300 K라면: σ = 5.67×10⁻⁸, (500⁴ − 300⁴) = (6.25−0.81)×10¹⁰ ≈ 5.44×10¹⁰. q = 0.9 × 5.67×10⁻⁸ × 1 × 5.44×10¹⁰ ≈ 2776 W입니다.
유용한 팁
실무 팁
- 표면을 광택 금속(저방사율)으로 처리하거나 단열 덮개를 씌우면 복사 손실을 크게 줄일 수 있습니다.
- 온도는 반드시 절대온도(K 또는 °R)로 입력해야 합니다. 섭씨를 그대로 넣으면 결과가 틀립니다.
- 복사와 대류는 동시에 일어나므로 총 열손실은 둘을 합산해야 합니다.
한계와 주의사항
- 큰 주위(뷰팩터=1) 가정에서 벗어나는 두 표면 사이 복사에는 적용할 수 없습니다.
- 방사율은 파장·온도·표면상태에 따라 변하므로 정밀 계산 시 문헌값을 확인하세요.
- 매질(증기·가스) 자체의 복사 흡수는 무시한 이상 회색물체 모델입니다.