두 전도 매체 간 접촉면에서의 열전달에 대한 적절한 설명이 필요할 때 전류의 흐름과 열 흐름 간의 유사성을 좋은 예로 들 수 있습니다. 기계 가공상의 한계로 인해, 두 솔리드 면을 붙이기 위해 압력을 가했을 때 완벽하게 서로 밀착되지 않습니다. 접촉되는 면들은 그 표면 거칠기로 인해 접촉부에 항상 에어갭이 조금씩 생깁니다.
두 접촉면 간의 접촉부(내부면)을 통해 두 가지 열전달 모드가 존재합니다. 첫 번째 모드는 솔리드 간 접촉 점을 통한 전도(Qconduction)이며 이는 매우 효과적입니다. 두 번째 모드는 기체 충진 갭을 통한 대류(Qgap)이며 이는 그 낮은 열 전도율로 인해 효율성이 매우 낮습니다. 열 접촉 저항 문제를 다루기 위해 아래 그림과 같이 양 접촉부에 전도 매체가 있는 일련의 접촉 컨덕턴스, hc가 배치되었습니다.
컨덕턴스 hc는 대류 열전달 계수와 비슷하며, 같은 단위(W/m2 ºK)를 사용합니다. ΔT가 A 영역의 접촉면에 대한 온도 차이이면 열전달 속도 Q는 Q = A hc ΔT로 주어집니다. 전기-열 간의 유사성을 사용하여 Q = ΔT/Rt 식을 작성할 수 있습니다. 여기에서, Rt는 열 접촉 저항이고 Rt = 1/(A hc) 식을 사용하여 구해집니다.
접촉 컨덕턴스, hc는 다음 요소에 따라 달라집니다.
- 접촉면들의 표면 가공 상태
- 각 면의 재질
- 접촉 대상 면들에 가해지는 압력
- 두 접촉 면 간 갭에 충진되는 물질
다음 테이블에는 일반 표면 가공 상태와 적당한 접촉 압력(1 ~ 10 atm)을 적용한 몇 개의 일반적 접촉 컨덕턴스 값이 나열되어 있습니다. 에어갭은 별도 표시가 없는 한 고려되지 않습니다.
| 열 저항, RthermalX10-4 (m2.K/W)
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| 접촉력
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100 kN/m2
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10,000 kN/m2
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| 스테인레스 강
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6-25
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0.7-4.0
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| 구리
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1-10
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0.1-0.5
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| 마그네슘
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1.5-3.5
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0.2-0.4
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| 알루미늄
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1.5-5.0
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0.2-0.4
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다음 테이블에는 진공 조건 하의 금속 접촉부의 열 접촉 저항이 나열되어 있습니다.
| 접촉면
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컨덕턴스(hc) (W/m2 ºK)
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|---|
| 철/알루미늄
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45,000
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| 구리/구리
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10,000 - 25,000
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| 알루미늄/알루미늄
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2200 - 12000
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| 스테인레스 강/스테인레스 강
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2000 - 3700
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| 스테인레스 강/스테인레스 강
(갭)
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200 - 1100
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| 세라믹/세라믹
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500 - 3000
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