S= 1m^2 표면을 통해 1시간 동안 전달되는 열의 양

얼음 표면을 통한 열 전달 문제를 고려해 보겠습니다. S = 1m²를 얼음의 표면적, h = 25cm를 얼음의 두께로 설정합니다.

얼음 표면 위의 공기 온도는 t1 = 20°C이고, 얼음 표면의 수온은 t2 = 0°C입니다. 1시간 동안 얼음 표면을 통과하는 열의 양을 결정하는 것이 필요합니다.

문제를 해결하기 위해 평평한 층을 통한 열 전달을 계산하는 공식을 사용합니다.

Q = k * S * (t1 - t2) / h

여기서 Q는 1시간 동안 층을 통과하는 열의 양, k는 재료의 열전도 계수, S는 표면적, t1 및 t2는 각각 층의 한쪽 면과 다른 쪽 면의 온도입니다. , h는 층의 두께입니다.

얼음의 경우 열전도 계수 k = 2.22 W/(m·K)입니다.

알려진 값을 대체하면 다음을 얻습니다.

Q = 2.22 * 1 * (20 - 0) / 0.25 = 355.2W.

결과적으로 1시간 동안 355.2W의 열이 얼음 표면을 통과하게 됩니다.

두 번째 질문에 답하려면 대류와 복사에 의한 열 전달이 없을 때 공기와 얼음을 통한 열 전달 강도를 고려하십시오.

공기를 통한 열 전달 강도는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

Qв = α * S * (t1 - t2)

여기서 α는 공기 속도에 따른 열 전달 계수이고, S는 표면적이며, t1과 t2는 각각 표면 한쪽과 다른 쪽의 온도입니다.

정지 공기의 경우 α ≒ 10 W/(m²·K).

알려진 값을 대체하면 다음을 얻습니다.

Qв = 10 * 1 * (20 - 0) = 200W.

따라서 얼음을 통한 열 전달 강도는 대류 및 복사에 의한 열 전달이 없는 공기를 통한 열 전달에 비해 약 1.8배(355.2W/200W) 더 높습니다.

1시간 동안 S= 1m^2 표면을 통과하는 열의 양은 얼마입니까?

당사의 디지털 제품은 주어진 공기 및 수온에서 두께 25cm, 면적 1m²의 얼음 표면을 1시간 동안 통과하는 열량을 계산하는 편리한 계산기입니다. 이 도구는 냉장실, 스케이트장, 빙상경기장 등 얼음 시설 및 구조물과 관련된 사람들에게 유용할 것입니다.

우리 계산기를 사용하면 평평한 층을 통한 열 전달 계산 공식을 사용하여 1시간 동안 얼음 표면을 통과하는 열의 양을 빠르게 계산할 수 있습니다. 또한 계산기에서는 대류와 복사에 의한 열 전달이 없을 때 얼음을 통한 열 전달 강도가 공기를 통한 열 전달 강도보다 몇 배 더 높은지 확인할 수 있습니다.

우리의 계산기는 사용하기 쉽고 전문가와 아마추어 모두 사용할 수 있습니다. 기온, 수온, 얼음 표면적을 입력하고 "계산" 버튼을 클릭하세요. 결과는 몇 초 내에 화면에 표시됩니다.

주어진 조건에서 1시간 동안 얼음 표면을 통과하는 열의 양을 결정하는 것이 과제입니다. 또한 대류와 복사에 의한 열 전달이 없을 때 얼음을 통한 열 전달 강도가 공기를 통한 열 전달 강도보다 몇 배 더 높은지 결정하는 것도 필요합니다.

문제 조건으로부터 얼음 표면적은 S = 1m², 얼음 두께는 h = 25cm, 얼음 표면 위의 공기 온도는 t1 = 20°C, 얼음 표면 근처의 수온은 다음과 같은 것으로 알려져 있습니다. t2 = 0℃. 얼음의 열전도 계수 k = 2.22 W/(m·K).

문제를 해결하기 위해 평평한 층을 통한 열 전달을 계산하는 공식을 사용합니다. Q = k * S * (t1 - t2) / h

여기서 Q는 1시간 동안 층을 통과하는 열의 양, k는 재료의 열전도 계수, S는 표면적, t1 및 t2는 각각 층의 한쪽 면과 다른 쪽 면의 온도입니다. , h는 층의 두께입니다.

알려진 값을 대체하면 다음을 얻습니다. Q = 2.22 * 1 * (20 - 0) / 0.25 = 355.2W

결과적으로 1시간 동안 355.2W의 열이 얼음 표면을 통과하게 됩니다.

대류와 복사에 의한 열 전달이 없을 때 얼음을 통한 열 전달 강도가 공기를 통한 열 전달 강도보다 몇 배 더 높은지 확인하기 위해 공기를 통한 열 전달 강도를 계산하는 공식을 사용합니다. Qв = α * S * (t1 - t2)

여기서 α는 공기 속도에 따른 열 전달 계수이고, S는 표면적이며, t1과 t2는 각각 표면 한쪽과 다른 쪽의 온도입니다.

정지 공기의 경우 α ≒ 10 W/(m²·K).

알려진 값을 대체하면 다음을 얻습니다. Qv = 10 * 1 * (20 - 0) = 200W

따라서 얼음을 통한 열 전달 강도는 대류 및 복사에 의한 열 전달이 없는 공기를 통한 열 전달에 비해 약 1.8배(355.2W/200W) 더 높습니다.

따라서 공기 온도가 t1=20°C이고 얼음 표면의 수온이 t2=0°C일 때 얼음 표면 S=1m², 두께 h=25cm를 통해 1시간 동안 통과하는 열의 양은 다음과 같습니다. , 는 355.2W와 같으며 얼음을 통한 열 전달 강도는 대류 및 복사에 의한 열 전달이 없는 공기를 통한 열 전달에 비해 약 1.8배 더 높습니다.

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이 문제를 해결하려면 푸리에의 열전도 법칙을 사용해야 합니다.

문제 조건으로부터 얼음 표면의 한쪽 온도는 20°C(공기 온도)이고 반대쪽 온도는 0°C(얼음 표면의 수온)인 것으로 알려져 있습니다. 얼음의 두께는 25cm(즉, h=0.25m)인 것으로도 알려져 있다.

얼음을 통한 열 전달 강도는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

Q = k * S * ΔT / d,

여기서 Q는 단위 시간(이 경우 1시간)당 표면을 통과하는 열의 양, k는 얼음의 열전도 계수, S는 표면적(이 경우 S = 1m^2), ΔT 는 얼음 표면 사이의 온도 차이(20°C - 0°C = 20°C), d - 얼음 두께(0.25m)입니다.

얼음의 열전도 계수 값은 물질의 물리적 특성 표에서 확인할 수 있습니다. 온도가 0°C인 얼음의 경우 열전도 계수 k ≒ 2.2 W/(m K)입니다.

따라서 알려진 값을 공식에 ​​대체하면 다음을 얻습니다.

Q = 2.2W/(m·K) * 1m^2 * 20°C / 0.25m * 3600초 = 63360W = 63.36kW.

답: 63.36kW의 열이 1시간 동안 두께 25cm의 얼음 표면을 통과합니다.

질문의 두 번째 부분에 답하려면 공기를 통한 열 전달 강도를 계산해야 합니다. 이렇게 하려면 비슷한 수식을 사용할 수 있습니다.

Q = k * S * ΔT / d,

여기서 k는 얼음보다 10배 작은 공기의 열전도 계수이고, S와 d는 이전과 동일하며, ΔT는 표면 사이의 온도 차이입니다(20°C - 0°C = 20°C). ).

실온(20°C)에서 공기의 열전도 계수는 k ≒ 0.026 W/(m·K)입니다.

알려진 값을 공식에 ​​대체하면 다음을 얻습니다.

Q = 0.026W/(m·K) * 1m^2 * 20°C / 0.25m * 3600초 = 936.96W = 0.94kW.

따라서 얼음을 통한 열 전달 강도는 공기를 통한 열 전달 강도보다 약 67배 더 높습니다(63.36kW / 0.94kW ≒ 67).

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