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과학

대류

대류과학
영문명
Convection
자연 대류의 주요 요인
밀도 차이와 부력
강제 대류의 예
팬과 펌프에 의한 흐름
주요 매질
액체와 기체
함께 고려할 현상
전도와 복사
대류는 유체의 집단적인 움직임과 관련된 열이나 물질의 전달이다. 온도와 밀도 차이로 생기는 자연 대류와, 팬이나 펌프 등으로 흐름을 만드는 강제 대류를 구분한다.

움직이는 유체가 운반한다

유체가 다른 위치로 이동하면 그 부분이 가진 에너지와 성분도 함께 이동할 수 있다. 이 집단적인 이동이 물질 전체의 큰 흐름을 필요로 하지 않는 열전도와 구별되는 점이다.

열전달을 다루는 공학에서는 표면 근처의 전도와 유체의 이동을 결합해 대류 열전달로 설명하는 경우가 많다. 용어가 사용되는 맥락에 따라 강조하는 범위가 다를 수 있다.

자연 대류의 조건

온도 변화로 밀도 차이가 생기고 중력장에서 부력이 작용하면 흐름이 형성될 수 있다. 유체의 점성과 경계 조건은 흐름이 시작되고 유지되는 데 영향을 준다.

뜨거우면 반드시 위로 흐른다는 설명은 조건을 생략한다. 물질의 밀도 변화 특성과 가열 방향, 안정한 층 구조 등에 따라 흐름이 억제되거나 다른 형태로 나타날 수 있다.

외부에서 흐름을 만들 때

강제 대류에서는 팬이나 펌프가 유체의 이동을 만든다. 자연 대류와 강제 대류가 동시에 중요한 혼합 대류도 있으므로 모든 상황을 둘 중 하나로만 나눌 수는 없다.

흐름을 빠르게 하면 열전달이 커지는 경우가 많지만, 장치의 형상과 유동 상태 및 필요한 동력도 함께 고려해야 한다. 유속 한 값으로 모든 성능을 비교하기는 어렵다.

대기에서 실내까지

가열된 지표 부근의 공기 흐름과 냉각 장치 주변의 유동은 대류를 살펴볼 수 있는 사례다. 대기에서는 수증기의 응결과 주변 바람도 흐름에 영향을 준다.

실제 온도 분포는 대류만으로 결정되지 않는다. 벽이나 물체를 통한 전도, 표면 사이의 복사까지 함께 작용하므로 각 전달 경로를 구분해서 살펴야 한다.

관련 문서

부력 / 밀도 / 열전도 / 대기