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**열해석 및 열전달해석(Thermal & Heat Transfer Analysis)**은 제품이나 구조물이 작동 중에 겪는 온도 분포, 열 흐름, 그리고 열량 변화를 컴퓨터 시뮬레이션(CAE)을 통해 정량적으로 예측하는 고도화된 엔지니어링 기술입니다. 고출력 전자기기의 방열 성능 최적화부터 플랜트 설비의 초고온 열전달, 건축물의 단열 성능 평가에 이르기까지 물질의 상변화 및 전도·대류·복사의 지배 방정식을 정밀 분석합니다. 이를 통해 열적 취약부의 조기 파손 및 열변형에 따른 오작동 리스크를 차단하고 안정성을 확보할 수 있습니다.
적용 분야별 열해석·열전달해석 활용 방안
💻 전자·반도체 산업
PCB·IC 칩 접합부(Junction) 온도 예측 및 방열판(Heat Sink) 최적 설계, 데이터센터 서버 랙 열관리 최적화, 파워 모듈 열저항(Rth) 산정, 배터리 셀 충방전 발열 및 온도 균일도 해석, 반도체 웨이퍼 공정 열적 변형 예측.
📌 주요 적용 대상
PCB·IC 방열판 설계
파워 모듈 열저항
배터리 충방전 발열
웨이퍼 공정 변형
🚗 자동차·모빌리티
엔진 냉각 시스템 유동·열 복합 해석, 배기계 고온 열하중 및 열팽창 해석, 전기차 배터리 팩 열관리(BMS 연성) 해석, 차량 HVAC 시스템 실내 온도 분포 예측, 브레이크 디스크 제동 마찰열 해석.
📌 주요 적용 대상
엔진 냉각 유동·열 해석
EV 배터리 열관리
차량 HVAC 온도 분포
브레이크 마찰열
✈️ 항공·우주·방위
터빈 블레이드 고온 연소가스 대류·복사 열하중 해석, 대기권 재진입 열차폐재(TPS) 열전달 성능 평가, 항공기 방빙(Anti-icing) 시스템 열분포 해석, 위성 태양복사·심우주 복사 열환경 해석.
📌 주요 적용 대상
터빈 블레이드 열하중
재진입 열차폐재(TPS)
항공기 방빙 시스템
위성 우주 열환경
🏭 플랜트·공정 산업
열교환기 전열 성능 및 유동 분배 최적화, 화학 반응기 발열·흡열 반응 온도 제어 해석, 고온 배관 열팽창 응력 해석, 보일러 및 가마(Furnace) 복사열 전달 해석, 용광로·주조 공정 응고·냉각 열해석.
📌 주요 적용 대상
열교환기 전열 최적화
반응기 발열 제어
배관 열팽창 응력
용광로·주조 냉각
🏗️ 건축·에너지 효율
건물 외피 열교(Thermal Bridge) 및 결로 위험 구간 분석, 단열재 두께 및 배치 최적화, 태양열 취득 계수(SHGC) 유리 성능 해석, 건물 에너지 소비 시뮬레이션(EnergyPlus 연계), 지열 히트펌프 시스템 지중 열전달 성능 평가.
📌 주요 적용 대상
건물 열교·결로 분석
단열재 최적화
건물 에너지 시뮬레이션
지열 히트펌프 성능
주요 수행 사례
📋 사례 1: 전기차 배터리 팩 고속 충전 발열 열관리 해석
배경: 국내 EV 제조사, 350kW 초급속 충전 시 배터리 셀 온도 상승(60°C 초과) 억제 설계 의뢰.
해석: 배터리 셀 내부 발열원 모델링 및 냉각 유로(간접 액냉) CFD 연계 열해석. 셀 온도 균일도 및 최대 온도 발생 위치 도출.
결과: 냉각 채널 배치 변경 및 유량 증대로 최대 셀 온도 54°C로 저감, 배터리 수명 사이클 15% 개선 효과 예측.
📌 적용 기술
전기차·배터리
초급속 충전 열해석
간접 액냉 CFD
셀 온도 균일도
📋 사례 2: 반도체 파워 모듈 열저항 최적화 및 방열판 설계
배경: IGBT 파워 모듈 패키지 접합부 온도(TJ)가 설계 한계(150°C)에 근접, 방열 성능 개선 의뢰.
해석: IGBT 칩→솔더→DBC→방열판 전체 열저항 네트워크 모델링, 최적 핀 형상(Pin-fin/Vapor Chamber) 비교 해석.
결과: 증기 챔버(Vapor Chamber) 방열판 적용으로 TJ 131°C 달성, 출력 밀도 20% 향상 가능.
📌 적용 기술
반도체·파워 모듈
열저항 네트워크
Vapor Chamber 방열판
접합부 온도 최적화
열해석·열전달해석 주요 자문 영역
1. 전자기기 배터리 및 PCB 방열 최적화 해석 (Thermal Management)
반도체 패키지, LED, 전기차 배터리 모듈 등 고집적·고출력 시스템에서 발생하는 열을 효율적으로 제어하는 방열 설계 해석입니다. 자연대류 또는 강세대류 조건 하에서 하우징 내부 가열 요소의 접합부 온도(Junction Temperature) 및 열저항을 도출하고, 방열판(Heatsink) 구조 및 팬(Fan) 풍량 최적화를 통한 열관리 메커니즘을 완성합니다.
🌡️ 전자/배터리 열관리 항목
PCB/반도체 최대 접합 온도 예측
방열판(Heatsink) 핀 형상 최적화
전기차 배터리 열폭주 방지 진단
자연/강세 대류 열저항 분석
2. 정상상태(Steady) 및 과도상태(Transient) 복합 열전달 분석
시간에 따라 온도가 변하지 않는 안정된 정상상태 해석은 물론, 가동 초기 급격한 가열 및 냉각 주기에 따른 온도 변화 양상을 추적하는 과도상태 해석을 동시 수행합니다. 열복사(Radiation)가 지배적인 초고온 소성로나 진공 장비 내부의 복사 파장 및 열 침투 깊이를 완벽히 계산하여 부품 수명을 최적화합니다.
📊 시간/모드별 열추적 인자
정상상태(Steady-state) 온도장
시간 가변 과도상태 열응력
진공 및 고온 복사(Radiation) 해석
냉각수 채널 냉각 효율 계산
3. 열-구조 상호작용 연성해석 (Thermal-Structural Coupled Analysis)
온도 불균일이나 급격한 열 충격(Thermal Shock)은 재질의 열팽창계수 차이에 의해 치명적인 열변형 및 열응력(Thermal Stress)을 유발합니다. 당사는 유동/열해석 결과에서 얻어진 온도장 데이터를 구조해석 모듈과 직접 동기화하는 원웨이(One-way) 및 투웨이(Two-way) 연성해석(FSI) 알고리즘을 활용하여 구조물의 뒤틀림 변형량, 열피로 크랙 발생 가능성을 과학적으로 정밀 매핑합니다.
🔑 관련 핵심 키워드 및 소프트웨어
Ansys Icepak / Mechanical
열팽창 및 열응력(Thermal Stress)
열유동-구조 연성해석(FSI)
용접 잔류 응력 및 열변형 추정
💡 열해석·열전달해석 의뢰 가이드
구조물 해석을 위해 제품의 **3D 도면**과 더불어 **부품별 재질(알루미늄, 구리, SUS, FR4 등) 정보**, 내부 칩셋이나 발열체의 **소모 전력량(W: Watt)** 조건을 지정해 주시면 훨씬 빠르고 정밀한 해석 보고서 도출이 가능합니다. 다종 복합 재질을 사용하는 복잡 구조물도 공학적 물성치 DB 매칭을 통해 정확히 솔루션을 도출해 드립니다.
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