응축(막상응축/적상응축)과 비등(자연대류/ 핵비등/전이비등/막비등)

막상응축 (filmwise condensation) 이란 응축액이 얇은 피막상으로 되어 표면을 적시는것

적상응축 (dropwise condensation) 이란 응축액이 입상의 수적이 되어 경계면에 부착하는 것

전열계수 : 적상응축 > 막상응축   8배

비등(boiling)은 pool boiling과 flow boiling 두가지가 있는데, pool boiling의 경우는 네가지 영역으로 구분가능.

첫번째는 실제 비등현상이 발생하지 않는 영역으로 주로 자연대류에 의해 열전달이 일어나는 영역인 자연대류 영역

두번째는 핵비등이라고 하는데, 증기핵이 생기면서, 기포가 발생하여 고체 표면에서 분리되는 영역입니다. 고체 표면에서 격렬한 혼합현상이 벌어              져, 활발한 모멘텀 및 에너지 이동이 있죠. 즉, 열전달계수와 열전달율이 증가하죠. 이때가 적상의 수증기가 생기는 때

세번째는 전이비등이라고 합니다. 이때는 증기막이 생기는 때인데, 증기막이 발생되면, 증기의 열전달 계수가 액체의 열전달 계수보다 낮으므로 열전달능력이 감소하게 되죠. 

마지막으로,  막비등이 있습니다. 이때는 액체막이 고체 표면을 완전히 뒤덮게 되어, 고체는 직접 전도에 의한 열전달 보다는 대류와 복사열전달이 중요하게 되죠. 물론, 열전달율도 증가하게 되구요. 한마디로, 비등도 응축처럼 적상타입이 막상타입보다 열전달 측면에서 유리하죠. 

풀 비등

 비등은 앞의 응축과 비슷하게 크게 핵 비등과 막 비등으로 나뉜다. 핵 비등 은 물방울 응축에 해당하고 막 비등은 막상 응축에 해당한다. 열전달 계수는 핵 비등의 경우가 막 비등의 경우 보다 크다. 전기 저항선을 물에 담그고 전류를 흘려 열선의 온도와 열전달 계수와의 관 계를 나타낸 것이 그림 10-6이다. 저항선의 온도가 올라가면 처음에는 자연대류가 존재하여 열전달 계수가 증 가하게 된다. 그러다가 저항선의 온도가 물의 끓는점 보다 높아지게 되면 핵 비등이 일어나게 되고 이때는 온도에 따른 열전달 계수의 구배 ( ) dh dT 가 자 연대류 영역보다 커진다. 핵 비등 영역에서는 열전달 계수는 온도의 증가에 따라 계속 증가한다. 핵 비등 영역에서 막 비등 영역으로 전이되는 점에서 열전달 계수는 최대가 된다. 이 점에서는 열전달 속도를 증가시키기 위하여 온도를 증가 시키면 열 전달 속도가 더 감소하는 현상이 일어난다. 만약 계속하여 저항선에 전류를 흐르게 하면 저항선에 가해지는 열량이 저항선에서 물로 전달되어지는 열량 보다 커지게 되어 열은 계속하여 저항선에 축적되고 최종적으로는 저항선이 녹게된다. 따라서 이점을 burnout point라고 부른다.

핵 비등 영역 

핵 비등은 물을 끓일 때 가열면의 표면에서 작은 기포가 발생하는 경우이다. 핵 비등은 고체 표면의 활성점(active point)에서 일어난다. 이 활성점은 대개 표면에 패인 아주 미세한 홈인 경우가 대부분이다. 아주 매끄러운 유리에서 는 물의 끓는점 이상에서도 잘 끓지 않는 것은 이 활성점이 적기 때문이다. 이 활성점에서는 외부에서 주어진 열량에 의하여 생성된 증기가 모여있다가 이 증기의 부력이 표면장력을 이길 때 비등이 일어난다. 따라서 핵 비등 영 역에서는 표면 장력과 부력의 비가 중요한 역할을 한다고 유추할 수 있다. 핵 비등 영역에서의 열전달 상관식 식 (10-20)에 이 비가 포함되어 있음에 주목하라. 

최대 열속 

최대 열속은 핵 비등에서 막 비등으로 전이되는 burnout point에서 나타난다. 

막 비등 영역 

막 비등 영역의 초기 단계인 불안정한 막 비등 영역에 대한 열전달 상관식 은 없다. 안정한 막 비등 영역에서의 열전달 상관식은 식 (10-23)에 주어져 있다. 안정한 막 비등 영역에서 온도를 더 높이게 되면, 다음 장에서 다루 게 될 복사에 의한 열전달이 더해지게 되에 열전달 계수는 다시 증가한다