뉴톤의 냉각법칙은 특정 온도(Ts)의 면에서 특정 온도(Tf)의 주변 유체로 방사되는 열전달률을 다음 방정식으로 표현합니다.
Qconvection = h A (Ts - Tf)
여기에서, 열전달 계수 h의 단위는 W/m2.K 또는 Btu/s.in2.F입니다. h 계수는 열역학 속성이 아닙니다. 이는 유체 상태와 유동 조건의 단순한 상관 관계이므로 주로 유동 속성이라고 불립니다.
대류는 고정 분자에 인접한 것으로 가정된 표면과 주변의 유체 유동 간의 얇은 변이층인 경계층의 개념과 연관됩니다. 이 개념은 평판의 유동 상태를 보여주는 다음 그림을 통해 파악할 수 있습니다.
여기에서 u(x,y)는 X방향 속도입니다. 자유 흐름 속도의 99%로 지정된 유체층의 바깥쪽 접선까지의 영역을 유체 경계층 두께 δ(x)라고 합니다.
표면 온도에서 주변 온도로의 온도 변이를 나타내는 유사 스케치를 작성할 수 있습니다. 다음 그림은 온도 변이 개요도를 나타냅니다. 열 경계층 두께는 유체층의 두께와 같지 않아도 됩니다. 프란틀 수를 구성하는 유체 속성은 두 경계층 유형의 상대적 크기를 제어합니다 프란틀 수(Pr) 1은 양 경계층에 대한 동일 거동을 나타냅니다.
경계층을 통한 실제 열전달 메커니즘은 벽 옆의 고정 유체를 통한 Y방향 전도로 간주되고 경계층에서 유체로의 대류 속도와 같습니다. 이 상태는 다음 방정식으로 표현될 수 있습니다.
h A (Ts - Tf) = - k A (dT/dy)s
이와 같이, 특정 상황에서의 대류계수는 열전달 속도와 온도 차이를 측정하거나 표면에 인접한 온도 구배와 온도 차이를 측정하여 계산할 수 있습니다.
경계층에 대한 온도 구배는 고정밀도로 측정되어야 하며 일반적으로 연구소에서 시행됩니다. 많은 문헌에, 각기 다른 구성의 대류 열전달 계수 값이 테이블 형식으로 포함되어 있습니다.
다음 테이블에는 몇가지 일반적 대류 열전달 계수 값이 표시되어 있습니다
| 중 |
열전달 계수 h(W/m2.K) |
| 공기(자연 대류)
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5-25
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| 공기/고열 스팀(강제 대류)
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20-300
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| 기름(강제 대류)
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60-1800
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| 물(강제 대류)
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300-6000
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| 물(비등)
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3000-60,000
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| 증기(콘덴싱)
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6000-120,000
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