열 전달 전도 (Heat Transfer Conduction) 계산

고체 또는 정지 유체 매질에 온도 구배가 존재할 때 발생하는 열 전달을 전도(Conduction) 라고 한다. 열전도는 물질 분자가 진동과 충돌을 통해 높은 온도에서 낮은 온도로 열 에너지가 흐르는 것이다.

 

열전도가 발생하려면 온도 구배가 있어야 하며, 아래 식과 같이 푸리에의 열전도 법칙(Fourier's Law)에 따르면 재료를 통한 열 전달 시간 속도는 음의 온도 구배와 열이 해당 구배에 직각으로 흐르는 단면적에 비례하다.

 

그림 1. Heat Transfer Conduction

 

금속은 원자가 전자가 비편재화되어 효율적으로 열을 전도할 수 있기 때문에 열 전도율이 높다. 절연체는 원자 사이에 빈 공간이 있어 열 전달을 방해하므로 열 전도율이 좋지 않다.

 

예를 들어, 알루미늄의 열전도율은 20 °C 에서 235 W/mK 로 높은 값을 가지나, 목재의 경우 0.04 ~ 0.12 W/mK이다. 공기 열전도율은 20 °C 에서 0.025 W/mK 로 매우 낮으므로 단열재에 공기 공간이 많은 경우가 많다.

 

(식 1) Q = – k * A * ΔT / Δx

 

여기서,

Q : Heat transfer rate (J/s 또는 W)

k : Thermal conductivity (W/mK)

A : Cross-sectional area (m2)

ΔT : 끝점 사이의 온도 차이 (K)

Δx :  두 끝 사이의 거리 (m)
이다.

 

열전도도, k (W/m⋅K) :

Hot Side Temperature (°C) :

Cold Side Temperature (°C) :

Cross Sectional Area (m2) :

Thickness (m) :

     

Conduction Heat Transfer (W) :

 

각종 금속의 열전도도는 금속의 열전도도(Thermal conductivity)와 열유속(Heat flux) 계산을 참조하기 바란다.