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熱伝達率とレイノルズ数(2009年5月20日公開分)

熱伝達率とレイノルズ数(2009年5月20日公開分)

前回のエントリー で、熱伝達率 h の計算式中に現れる Re数について触れました。

これは 「流れの勢い」 を示す無次元数で以下のように定義されます。
Reinors.gif

この「勢い」は、流体の慣性力のことで分子に表れています。

分母は定義から想像されるように、粘性力を示しています。

熱伝達率は上記 レイノルズ数とは非常に関係があり、

レイノルズ数によって熱伝達率の表現式が変わってきますので、 注意が必要です。

円柱形状(配管、パイプなど)周りの放熱、冷却計算(2009年5月19日公開分)

前回のエントリー で、ニュートンの冷却法則の説明をしましたが、

式中の h の説明を今回はしようと思います。

すでに述べたように、流体が接する物体形状によって多種多様に変化する

h(熱伝達係数、境膜伝熱係数) ですが、

たとえば円柱形状の物体に直角に風や、水が吹きつけられ表面から熱を奪う場合、以下の式が適用できます。

この式を使いこなせば、

「ある温度で配管に入った流体が、何度になって出てくるか?」

みたいな計算が可能になります。
enchuu_h.jpg
左辺一番左上にあるhバーが、円中周囲全体で平均した、平均熱伝達率です。

ご想像できるかと思いますが、流体がぶつかる点(よどみ点といいます。)

が一番熱伝達率が 高く(一番熱をうばう)、周全体で熱伝達率が変化するので、

工学計算では簡易的に周全体で平均した値が使われます。

さて、上記のhですが、さらにいろんな変数が現れています。。。 これら変数の説明はまた次回に。。。

熱伝導率と、熱伝達率計算します。(2008年9月23日公開分)

熱伝導率と、熱伝達率計算します。(2008年9月23日公開分)

最近の相談で、専門用語の違いから、誤解を生むケースが多いことに気付きました。

「熱伝達率」は、固体の周りを流れる流体へ熱交換する割合です。

熱伝達率は、流体の種類、流速(流れの速度、もちろん流量で表現可能)、温度 によって変化します。
(水や、空気の水量、風量によって高温物体からの熱伝達率は変化します。)

「熱伝導率」は、物質内を熱が伝わる割合です。主に温度の関数 です。

空気、水の熱伝導率は温度、圧力 によって変化します。

ガラス、アルミナ、グラスウール(断熱材)、ダイヤモンドの熱伝導率 に比べて、

金属(銅、ステンレス、アルミニウム、ステンレス(sus304))の熱伝導率 は

一般に高いです。

自然対流と、強制対流、熱伝達率の違いは?(2008年9月20日公開分)

物を冷却するときや、加熱 するときに、風や、水を当てることがあると思いますが、

周りから無理やり流して、表面から熱を奪う、与えるときは
強制対流熱伝達 という現象で説明します。

一方、表面から自然に熱気が立ち上り、放熱されている時は、自然対流熱伝達 という現象で説明します。

自然対流で厄介なのは、熱伝達率が時間と共に変化ことです。

表面近傍の流体が温まるにつれ、流速 が速くなり、熱交換が盛んになるので次第に風速や水流 が速くなるからです。

詳しい計算は、お任せあれ。

集中熱容量法(2007年5月3日公開分)

突然ですが、「ビオの法則」はご存知ですか?

物体の熱伝導率(熱伝導係数)λと、
周りの流体との熱伝達率(熱伝達係数)α の関係が、ある条件にある場合、

「物体内部の温度分布は一様と考えてよい」 だそうです。

金属みたいに、熱をよく伝える物質の場合、をよっぽどレイノルズ数の大きい流体で冷やさない限り、内面は一様温度らしいですね。
(物体の代表寸法にも因りますが。。)


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