초록 ▼

용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

고체내의 열전도 현상은 무한한 열전파 속도(propagation speed of thermal wave)를 가정하고 있는 Fourier의 열전도 방정식 의하여 해석되어 왔으며 대부분 상온금속의 경우 열전파 속도는 10²m/s 이상의 큰 값을 갖기 때문에 Fourier 열전도 방정식이 실제의 현상과 일치하고 있다. 그러나 아주 짧은 시간 동안의 가열이나 극저온 또는 높은 열유속을 갖는 경우와 같이 유한한 속도의 열전파 현상이 나타나는 경우에 대하여서는 Fourier 열전도 방정식을 적용할 수 없으므로, 물체 내에서 온도기울기가 형성되었을 때 열전도가 시작되는데 걸리는 이완시간시간(thermal relaxation ...

고체내의 열전도 현상은 무한한 열전파 속도(propagation speed of thermal wave)를 가정하고 있는 Fourier의 열전도 방정식 의하여 해석되어 왔으며 대부분 상온금속의 경우 열전파 속도는 10²m/s 이상의 큰 값을 갖기 때문에 Fourier 열전도 방정식이 실제의 현상과 일치하고 있다. 그러나 아주 짧은 시간 동안의 가열이나 극저온 또는 높은 열유속을 갖는 경우와 같이 유한한 속도의 열전파 현상이 나타나는 경우에 대하여서는 Fourier 열전도 방정식을 적용할 수 없으므로, 물체 내에서 온도기울기가 형성되었을 때 열전도가 시작되는데 걸리는 이완시간시간(thermal relaxation time)을 고려한 수정된 열전도 법칙(modified heat flux law)이 제시되었다. 본 연구에서는 수정된 열전도 법칙과 에너지평형식으로 부터 열유속에 관한 열전도파 방정식(thermal wave equation)을 유도하고, 표면에 주기적인 열유속을 갖는 유한한 평판내의 열유속과 온도분포에 대한 이론해를 열전도파 방정식을 적용하여 구하고 열전도파의 특성을 고찰하였다. 열전도파 방정식으로부터 열유속은 Green함수를 이용하여 구하고 이때의 Green 함수는 적분변환법을 이용하여 구하였다. 열전도파 방정식으로부터 구한 열유속은 짧은 시간동안에는 평판에 열유속의 분포가 나타나지 않는 영역이 존재함을 보였다. 그러나 Fourier 열전도 방정식을 이용하여 해석하였을 때는 모든 시간에 대해 평판의 전 영역에서 열유속의 분포가 나타나는 결과를 보였다. 열전도파는 음파와 같이 유한한 속도로 전파되는 현상을 보이며 벽면에서 반사되어 진행하는 열전도파와 중첩되는 현상을 보였다. 따라서 평판의 열전도파 방정식으로부터 구한 온도분포 또한 Fourier 열전도 방정식으로부터 구한 온도분포와 매우 다르게 나타난다. 그리고 표면의 시간에 따른 온도분포는 열전도파 방정식으로부터 구한 온도분포와 Fourier 열전도 방정식으로부터 구한 온도분포 사이에 위상차가 존재함을 보였다. 표면에서 주기적인 가열을 하는 경우 평판내의 모달 주파수가 임계값보다 큰 값을 가질 때 가열원의 주파수에 대하여 공진 현상을 나타내었다. 이상과 같이 짧은 시간동안의 가열 또는 높은 열유속을 갖는 경우와 극저온에서와 같이 유한한 열전파속도를 고려한 열전도 해석 시에는 열전도파 방정식이 적용되어야 할 것이다. 첨단산업의 발달과 함께 레이저를 이용한 가공이 늘어나고 사용되는 레이저의 가열주기 또한 점점 짧아지고 있다. picosecond 또는 femtosecond 레이저 가열과 같은 짧은 시간동안의 가열이나, 높은 열유속의 갖는 경우의 열전도 해석, 그리고 빠르게 이동하는 열원에 대한 온도분포 해석에 열전도파 방정식이 이용 될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The basic law describing the relation between heat flux and temperature gradient for heat conduction was described through empirical observations by Fourier. For situations involving extremely short time heating following the start of transients or for very low temperatures, Fourier heat conduction ...

The basic law describing the relation between heat flux and temperature gradient for heat conduction was described through empirical observations by Fourier. For situations involving extremely short time heating following the start of transients or for very low temperatures, Fourier heat conduction law becomes invalid since the wave nature of heat propagation becomes dominant. In this conditions the thermal wave equation, could be applicable to predict heat flux and temperature distribution in the medium with the finite propagation speed of thermal wave. In this study the analytic solutions are developed for the heat flux in the slab with periodic heat flux on one side and the other side insulated by using the thermal wave equation. The solutions are developed by the use of Green's function. To determine the Green's function the finite integral technique is utilized. The propagation of heat flux obtained from thermal wave equation exhibits wave phenomena. The thermal wave travels through a medium with finite propagation speed heat flux by Fourier heat conduction law is felt instantaneously throughout the medium after a thermal disturbance has been introduced. And the waves reflect the wall, it is reversed and travels in opposite direction so that the superposition of the reflected heat flux wave and the incident thermal wave from the periodic heating surface is occurred. The surface temperature obtained by thermal wave equation differs significantly from the Fourier heat conduction equation result. For temperature distribution in the entire region of the slab the thermal wave equation also gives significantly different results from that predicted by Fourier heat conduction equation. There exists the phase difference between surface temperatures obtained from thermal wave equation and Fourier heat conduction equation. The resonance phenomena of thermal wave with a modal frequency in response to the periodic surface heating frequency appear when modal frequencies exceeds a critical value of the thermal resonance frequency for high frequency domain. The thermal wave equation concerned with the finite propagation speed of thermal wave could be applicable to predict heat flux and temperature distribution in the medium at very low temperature or subject to extreme thermal gradients, and applicable to deal with thermal heat flow for extremely short period of time.

주제어