[건축기계설비기술사 제140회 2교시 4번]

2교시 4번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

열전달의 기본 형태 중 복사(Radiation) 열전달에 대하여 다음 사항을 설명하시오.

  1. 이상적 흑체(Black Body)의 개념 및 스테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann Law)의 정의와 관계식
  2. 방사율(Emissivity) 및 형태계수(Shape Factor)의 개념
  3. 순(Net) 복사 열전달 계산식
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답안 구조

  1. 개요
  2. 이상적 흑체 및 스테판-볼츠만 법칙
  3. 방사율 및 형태계수
  4. 순 복사 열전달 계산
  5. 결론 및 고찰

용어 정의

흑체(Black Body)
모든 입사 복사 에너지를 완전히 흡수하고, 온도에 따라 가능한 최대의 복사 에너지를 방출하는 이상적인 물체.
스테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann Law)
흑체가 단위 면적당 방출하는 총 복사 에너지(복사열 유량)는 절대 온도의 4제곱에 비례한다는 물리 법칙.
방사율(Emissivity)
실제 물체가 같은 온도에서 흑체가 방출하는 복사 에너지에 대해 얼마만큼의 복사 에너지를 방출하는지를 나타내는 비율. 0과 1 사이의 값.
형태계수(Shape Factor)
두 표면 사이의 기하학적 배열로 인해 한 표면에서 방출된 복사 에너지가 다른 표면에 도달하는 비율.
순 복사 열전달(Net Radiation Heat Transfer)
두 표면 또는 여러 표면 사이에서 복사 과정을 통해 이동하는 총 열량으로, 방출량과 흡수량의 차이를 의미.

핵심 내용

1)

  • 흑체의 정의 및 특징
  • 복사 에너지 흡수 및 방출 능력
  • 스테판-볼츠만 법칙의 정의
  • 흑체 복사열 유량과 절대온도 관계

공식: qb=sigmaT4q_b = sigma T^4

2)

  • 방사율의 정의 및 물리적 의미
  • 실제 물체의 복사 능력 표현
  • 형태계수의 정의 및 역할
  • 표면 간 복사 교환량에 미치는 영향
  • 형태계수의 상호 관계 및 합의 법칙

3)

  • 순 복사 열전달의 개념
  • 두 표면 사이 복사 열전달량 산정
  • 방사율과 형태계수 고려
  • 표면 온도 차이에 의한 영향

공식: Q12=A1F12sigma(T14−T24)Q_{12} = A_1 F_{12} sigma (T_1^4 - T_2^4), Q12=(sigmaA(T14−T24))/(1/epsilon1+1/epsilon2−1)Q_{12} = (sigma A (T_1^4 - T_2^4)) / (1/epsilon_1 + 1/epsilon_2 - 1)

풀이 순서: 각 표면의 절대온도 T_1, T_2 확인 → 각 표면의 방사율 epsilon_1, epsilon_2 확인 (회체일 경우) → 형태계수 F_{12} 결정 (흑체일 경우) → 표면적 A 결정 → 스테판-볼츠만 상수 sigma 적용 → 순 복사 열전달량 Q_{12} 계산

AI 작성 답안 개요 · 검수 전 · 채점기준과 기준답안은 공개되지 않습니다. 참고용 개요입니다.

출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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