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1. 열해석, 열전달해석 개요
열해석 및 열전달해석에는 전도, 대류, 복사와 같은 세 가지 메커니즘이 있습니다.
열전달 해석은 세 가지메커니즘의 일부 또는 전체에 의한 바디의 온도 분포를 계산합니다.
이 세 가지 메커니즘 모두에서, 복사 에너지는 온도가 높은 매체에서 온도가 낮은 매체로 흐릅니다.
전도 및 대류에 의한 복사 에너지는 복사에 의한 열전달과는 달리, 열전달 매체가 필요합니다.
1) 전도
전도는 물체의 원자나 분자 간 상호 작용을 통해 한 점에서 다른 점으로 열 에너지가 전달되는 열전달 메커니즘으로 고체, 액체, 기체에서 발생합니다.
전도는 물질의 전체 모션과 연관되지 않습니다.
기체는 활동적 분자 간의 직접 충돌에 의해 열을 전달하고 그 전도율은 고체에 비해 낮습니다.
액체의 에너지 전도는 그 분자 간격이 더 밀집하고 분자 힘의 장이 충돌 과정에서 에너지 교환에 더 강력한 영향을 미치므로 전도 상태가 훨씬 더 복잡한 것을 제외하고는 기체의 전도와 같습니다.
비금속 고체는 격자 진동에 의해 열을 전달하므로 열 파급 시 매개물의 운동이 없습니다.
금속은 열 에너지를 전달하는 자유 전자를 가지므로 정상 온도에서 비금속보다 더 낳은 전도체입니다.
2) 대류
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 매커니즘은 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.
3) 복사
열복사는 물체의 온도에 의해 전자기파 형태로 물체에서 방사되는 열 에너지입니다.
절대 0도 이상의 온도를 갖는 모든 물체는 열 에너지를 방사합니다.
전자기파는 진공 상태에서 이동하므로 복사 작용에 매체가 필요없습니다.
태양의 열 에너지는 복사에 의해 지구에 도달합니다. 전자기파는 광속으로 이동하므로, 복사는 가장 빠른 열전달 수단입니다.
2. 열해석, 열전달해석 유형
시간 측면에서 분류되는 열전달 해석 유형으로는 다음 두 가지가 있습니다.
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정상 상태 열전달 해석
(Steady-state heat transfer analysis).
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물체가 열 평형 상태에 이르렀을 때의 열조건에만 중점을 둡니다.
이 상태에 이를 때까지 걸리는 시간은 고려사항이 아닙니다.
열 평행 상태에서, 모델의 각 점에 유입되는 열 에너지는 방사되는 열 에너지와 같습니다.
일반적으로, 정상 상태 해석에 필요한 유일한 재질 속성은 열 전도율입니다
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비정상 상태 열전달 해석
(Unsteady-state heat transfer analysis)
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시간에 따른 모델의 열전달 상태를 고려합니다.
예를 들어, 보온병 설계자는 보온병 내 유체의 온도가 결국에는 상온(정상 상태)과 같아진다는 것을 알지만 시간에 따른 유체의 온도 변화에 관심이 있습니다.
비정상 상태 열전달 해석에서 재질 속성을 지정할 때 열 전도율, 밀도, 비열을 지정해야 합니다. 또한, 초기 온도, 해석 시간, 시간 증분도 지정해야 합니다.
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비정상 해석의 경우 열 유속과 열량 조건을 항온계(지정 위치에서의 온도 범위 지정)와 연관시킬 수 있습니다.
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3. 열해석, 열전달해석시 입력 자료, 해석과정(프로세스), 해석의 결과물
1) 해석시 입력 자료
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구분
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내용
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형상
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자체정의 및 CAD Interface (3D STL, Data) |
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유체의 물성
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밀도, 점성, 열전도도, 열용량 등 |
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구조물의 물성
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밀도, 열전도도, 열용량 등 |
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경계조건
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속도, 압력, 수위 등 |
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초기조건
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초기 수위, 초기 속도, 온도 등 |
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물리적 모델 선택
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층류 또는 날류, Drift flow, Buoyant flow, 열전도, 응고 등 |
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Output Control
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계산시간, Data 저장 간격 등 |
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기타
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Time step control, Numerical control option 등 |
2) 열해석, 열전달해석 과정(프로세스)
A.. 자료조사, 문제점 분석
B. 해석 방향 수립(해석의 주안점 설정)
C. 모델링(해석에 부합하는 모델링)
D. 경계조건수립(현상관찰 및 주요인자 추출)
E. 해석
F. 결과분석 및 협의
3) 해석의 결과물
A. 압력(Pressure)
B. 속도(Velocity)
C. 운동에너지(Energy)
D. 안류 관련 정보(에너지, 점도 변화 등)
E. 특정부위를 지나는 유량, 물체가 받는 힘 등
F. 혼합, 확산(Mixing, Diffusion)
G.Particle 운동
H. 기타 열적인 정보 (온도, 밀도, Heat flow rate 등)
위 결과들을 종합하여 목적하는 현상에 대한 정보를 수집하고 문제점 발생시 원인 및 대책을 수립함.
4. 열해석, 열전달해석 적용사례
전기/전자 제품의 Chip level, Board level, System level의 제품에 대하여 열전달 현상, 유동 형상을 예측할 수 있으며, 제품의 개발 비용과 개발 기간을 단축할 수 있습니다.
- 열전반도체(TEC), Fan, Thermal interface material(TIM), Filter, Package 및 다양한 material property 제공
- User definded library 제공
Chip Level → LED, IC Chip에 대한 해석 사례
Board Level → PCB Board, 1U server에 대한 해석 사례
System Level → Automotive Equipment, PC, Avionics, Transfermer에 대한 해석 사례
상세 사업실적 보기 http://rndpartner.com/a
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