대류는 솔리드 면과 인접 유동 유체(또는 기체) 간에 열이 전달되는 열 전달 모드입니다. 대류에는 두 가지 요소가 있습니다.
- 임의 분자 운동에 의한 에너지 전달(확산)
- 유체의 벌크 또는 거시적 운동에 의한 에너지 전달(이류)
대류 매커니즘를 다음과 같이 설명할 수 있습니다. 뜨거운 면에 인접한 유체 층의 온도가 상승함에 따라 그 밀도는 감소하고(일정 압력에서, 밀도는 온도와 반비례) 부유하게 됩니다. 면 근처의 차가운(더 무거움) 유체는 따뜻한 유체와 교체되어 순환 형태를 이룹니다.
온도 Tf의 유체와 온도 Ts의 고체 면(면적 A) 간의 열 교환 속도는 뉴톤의 냉각법칙을 따르며 그 식은 다음과 같습니다.
Qconvection = h A (Ts - Tf)
여기에서, h는 대류 열전달 계수입니다. h의 단위는 W/m2.K 또는 Btu/s.in2.F입니다. 대류 열전달 계수(h)는 유체 운동, 형상, 열역학 및 물리적 속성에 따라 다릅니다.
일반적으로, 대류 열전달은 두 가지 모드가 있습니다.
자연(자유) 대류
고체면에 인접한 유체의 운동은 고체와 유체 간 온도의 차이로 인해 유체의 밀도에 변화가 생김으로써 발생하는 부력에 의해 유발됩니다. 뜨거운 평판이 공기 중에 냉각을 위해 노출되었을 때 평판 면에 인접한 공기 분자는 점차 따뜻해지면서 밀도가 감소되어 위로 상승하게 됩니다.
강제 대류
고체 면의 유체 유동을 가속화하기 위해 팬이나 펌프와 같은 외부 수단이 사용됩니다. 고체 면의 빠른 유체 분자 운동이 온도 구배를 최대화하고 열교환율을 증대시킵니다. 다음 이미지에서와 같이 공기를 뜨거운 평판에 공급합니다.
