주위 온도가 20℃, 방사율이 0.3인 금속 표면의 온도가 150℃인 경우에 금속 표면으로부터 주위로 대류 및 복사가 발생될 때의 열유속(heat flux)은 약 몇 W/m 2 인가? (단, 대류 열전달계수는 h = 20 W/m 2 ·K, 스테판-볼츠만 상수는 σ=5.7×10 -8 W/m 2 ·K 4 이다.)

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1[에너지관리기사 필기] 20년 3회차

주위 온도가 20℃, 방사율이 0.3인 금속 표면의 온도가 150℃인 경우에 금속 표면으로부터 주위로 대류 및 복사가 발생될 때의 열유속(heat flux)은 약 몇 W/m²인가? (단, 대류 열전달계수는 h = 20 W/m²·K, 스테판-볼츠만 상수는 σ=5.7×10^-8W/m²·K⁴ 이다.)

해설

대류 열유속은  $q_{conv} = h(T_s - T_\infty) = 20 \times (150-20) = 2600\,\mathrm{W/m^2}$ 이다.
복사 열유속은 절대온도로 환산하여  $T_s=423\,\mathrm{K}$ ,  $T_\infty=293\,\mathrm{K}$ 일 때  $q_{rad} = \varepsilon\sigma(T_s^4-T_\infty^4) = 0.3\times5.7\times10^{-8}\times(423^4-293^4) \approx 421\,\mathrm{W/m^2}$ 이다.
따라서 총 열유속은  $q = q_{conv}+q_{rad} \approx 2600+421 = 3021\,\mathrm{W/m^2}$ 로, 약 3020 W/m²에 해당한다.

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