이번 호에서는 Autodesk Simulation을 사용하여 Steel roll의 열처리과정을 시뮬레이션하여 본다. 열 해석이란 일반적으로 열 전달의 한 과정을 뜻한다. 기본적으로 열 전달 방식을 전도, 대류, 복사로 나누어 생각하여 왔다. 일반인들도 이러한 구분에 매우 익숙하여 일상용어로도 자주 쓰일 정도로 친숙한 개념이 된 것도 사실이다. 열 해석에 앞서 이 세 가지 방식에 대해 간단히 살펴보자.

■ 이재섭 | Autodesk 기계제조분야 제품의 총판인 코오롱아이넷에 재직 중이며, Simulation 관련한 기술지원 및 컨설팅을 담당하고 있다.
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전도(Conduction)는 직접적인 접촉에 의한 열전달의 방식이다. 이는 Fourier 법칙에 의해 수학적으로 풀면 다음과 같다.

K는 열전도도(thermal conductivity)로 단위는 보통 W/mk 이며 재료의 고유 값이다. A는 단면적을 뜻한다. 앞선 수식에서의 음수 (–)는 열은 높은 온도에서 낮은 온도로 전달됨을 나타내는 것이다.
그리고 두 번째로는 대류(Convection)는 중간 매질의 유동과 관련하여 나타나는 현상이며, 유체의 흐름이 있을 때만 대류가 발생한다. 대류의 종류에는 크게 자연 대류와 강제 대류로 구분하고 있으며, 자연대류는 온도차에 의한 밀도의 변화가 흐름을 일으킬 때이고, 강제대류는 유체의 흐름이 외부로부터의 강제적인 메커니즘에 의할 때 발생하며, 예를 들면 팬 또는 펌프의 구동에 의해 열 흐름이 발생할 때 강제대류가 발생한다고 한다. 이러한 대류열전달에 대한 부분은 실무적으로 대단히 중요하다. 대부분의 열전달에서 가장 관심 있는 곳은 고체 면과 유체가 만나는 곳이기 때문이다. 대류 해석은 열유속이라는 개념을 적용하고 있으며, 열유속의 경우 아래 뉴톤의 냉각법칙을 적용한다.

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