강제 대류에 의한 냉각 비율을 구할 수 있을까요???
1. 냉각 물체의 온도 400도씨
2. 냉각 물체의 사이즈 : 200*100*4mm
3. 냉각 물체의 제질 : 철
질문
0.2m/s의 30도 바람으로 냉각시켰을 때와 8m/s의 30도 바람으로 철을 60도까지 냉각시킬때
두 바람의 냉각 속도를 비율로 계산 할 수 있을까요? ( 최대한 단순하게 계산가능할까요???)
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
최대한 간단하게 말씀드리겠습니다.
일단 철을 60도까지 가는 데 걸리는 시간은
계산식에서 제외하겠습니다.
말씀하신건 두 조건의 냉각 속도라 하셨는데요.
결론을 간단히 말씀드리면
냉각속도라는 건 결국
철 물질에서 뽑아내는 열량의 비율을 보면 됩니다.
1번조건 0.2 m/s 30도 바람
2번조건 8 m/s 30도도 바람 으로 나눌 때
뽑애내 지는 열량을 식으로 본다면
열량 기본식
q = Q v cp (T2 - T1 ) 으로 계산가능한데
q는 온도차에 의해 냉각되는 열량
Q는 풍량 v는 공기 비체적 cp 정압비열 T2 : 냉각될 물체 온도, T1 : 냉각공기 온도
라고 봤을 때 풍량 자체는 구할수 없으나
공기공급 토출구 면적이 동일하다는 조건이라면 Q = 토출구면적 * 토출 풍속 이므로
비율 계산이기에 그냥 풍속을 넣고 계산해 봅니다.
비열은 동일 하고 공기비체적 동일하고 공기공급 토출구 동일 하다는 가정이면
풍량은 풍속에만 비례하므로
그럼 결국 풍속만으로 계산하면
각 조건이 뽑아내는 열량의 비율을 구할 수 있겠지요
조건 1 냉각열량 : 풍속 x 토출구 면적 x 공기비체적 x 공기비열 x 온도차 -> 0.2 x (400 -30) = 74 kcal/h
조건 2 : 풍속 x 토출구 면적 x 공기비체적 x 공기비열 x 온도차 -> 8 x (400 -30) = 2960 kcal/h
조건 2 : 조건 1 = 2960 : 74 = 40 : 1
결국 조건 2 일 때 40배 속도로 냉각이 되겠습니다
다만 산술적인 부분이기에 딱 40배라곤 할 수 없겠고
또한 시간이 얼마나 걸리냐에 대한 부분은
다른 계산 식이라 제외 하였습니다.
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
강제 대류 냉각 속도는 바람 속도의 약 0.8승에 비례합니다.
속도 0.2m/s와 8m/s일때 냉각 비율은
((8/0.2)^{0.8} = 40^{0.8}\approx19)배입니다.
즉,8m/s바람이 0.2m/s 바람보다 약 19배 빠르게 냉각시킵니다. 물체 표면적과 온도차는 동일하다고 가정한
단순 계산입니다.