Module 03

대류: 유리병 속 물의 순환

아래에서 가열하면 왜 유체 순환이 생기는가

아래쪽 물은 가열되어 밀도가 감소하고 위로 상승합니다. 상대적으로 차가운 유체는 아래로 내려오며 순환 구조를 만들고, 에너지가 유체 흐름과 함께 이동합니다.

03

대류: 유리병 속 물의 순환

아래쪽 물은 가열되어 밀도가 감소하고 위로 상승합니다. 상대적으로 차가운 유체는 아래로 내려오며 순환 구조를 만들고, 에너지가 유체 흐름과 함께 이동합니다.

중심 상승류보통
혼합 수준형성 중
설명 포인트밀도 차로 인한 순환

병 아래쪽을 가열하면 중심 상승류와 외곽 하강류가 형성됩니다.

Equation Guide

부력과 대류 열전달

부력의 크기

F_b ≈ ρ g β (T - T_ref) V

가열된 유체는 온도 상승으로 밀도가 작아져 위로 뜨는 힘을 받습니다.

대류 열전달식

q = hA(T_s - T_∞)

가열면과 주변 유체의 온도차가 클수록 유체가 더 많은 에너지를 받아 순환을 강화합니다.

변수 설명

  • F_b: 부력, ρ: 기준 밀도, g: 중력가속도
  • β: 체적 팽창계수, V: 유체 요소 체적
  • h: 대류 열전달계수
  • T_s: 벽면 온도, T_∞: 주변 유체 온도

수업 포인트

  • 대류는 유체 자체가 움직이며 열을 옮기는 현상입니다.
  • 가열 강도가 클수록 상승류와 하강류가 더 뚜렷해집니다.
  • 병 내부에 형성되는 순환 셀을 시각적으로 관찰할 수 있습니다.