熱量の求め方 基礎知識 - 熱 温度 技術計算 エクセル受託解析 - FutureEngineer

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熱抵抗とは

このような計算をされている方に必要な知識です

断熱壁の厚み計算
保温筒の理論的厚みを計算
配管の放熱量計算
放熱フィンの過渡熱伝導計算
ヒートシンクの放熱量の計算
耐熱電線の選定
電線に正規の電流をながして溶けかけた場合、温度上昇を計算
環境温度の(高室温)、推測する方法を検討
シリコンゴムで覆われた(公称断面積、外側にガラス組編み)電線が高温自然冷却の部屋にある場合の表面温度計算
ゴムで覆われ、空中(両端固定)で水平に保たれたときの表面温度計算

熱抵抗とはこのように定義されます

Rth.jpg

ΔT:二点間の温度差(K)
R:熱抵抗(K / W)
Q:二点間を流れる熱量(W)

具体例として以下のようなものがあります

netsuteikou_new.jpg

Rc:熱伝導による熱抵抗(K / W)
L:熱伝導熱流路長さ(m)
λ:固体の熱伝導率(W/m K)
Ac:熱伝導の熱流路断面積(m2)

Rh:対流熱伝達による熱抵抗(K / W)
h:熱伝達率(W/m2 K)
Ah:熱伝達面の面積(m2)

Rr:ふく射熱伝達による熱抵抗(K / W)
F:形態係数()
Ar:ふく射面面積(m2)
σ:ステファンボルツマン定数(W / m2 K4)
ε:ふく射率(放射率)
Tm:ふく射面と周囲温度の平均値(K)

熱伝達係数(熱伝達率、境膜伝熱係数)の計算式 (強制対流)

以下に強制対流 熱伝達率 を計算するために必要な数式を示します

強制対流 レイノルズ数 熱伝達率 数式
記号の意味

Nu L:ヌセルト数
Re L:レイノルズ数
Pr:流体のプラントル数
U∞:流体の流速(m/sec)
L:物体の代表長さ(m)
ν:流体の動粘性係数(m2/sec)
h:熱伝達率(W/m2 K)
λ:流体の熱伝導率(W/m K)

熱伝達率の求め方

1 流体が接する固体の形状を明確にする。 2 流速を求める。
3 レイノルズ数(Re数)を求める。
4 ヌセルト数(Nu数)を求める。
5 熱伝達率を求める。

注意点

 熱伝達率を計算するためには、固体の物性値は一切関係ありません

 強制対流のNu数(ヌセルト数定義はこちら)はRe数とPr数の関数ですが、
液体金属、および低レイノルズ数の場合はPe数(ペクレ数の定義はこちら)
の関数となる事もあります。

熱伝達係数(熱伝達率、境膜伝熱係数)の計算式 (自然対流)

以下に自然対流 熱伝達率 を計算するために必要な数式を示します

自然対流 熱伝達率 グラスホフ数、レーリ数
記号の意味

Nu L:ヌセルト数
Ra L:レーリー数
Gr L:グラスホフ数
Pr:周囲気体もしくは、液体のプラントル数
g:重力加速度(m/sec2)
β:体積膨張係数(1/K)
Tw,T∞:物体表面温度および、周囲温度(K) L:物体の代表長さ(m)
ν:周囲気体もしくは、液体の動粘性係数(m2/sec)
h:熱伝達率(W/m2 K)
λ:周囲気体もしくは、液体の熱伝導率(W/m K)

熱伝達率の求め方

1 流体が接する固体の形状を明確にする。 2 グラスホフ数(Gr数)を求める。
3 レーリー数(Ra数)を求める。
4 ヌセルト数(Nu数)を求める。
5 熱伝達率を求める。

注意点

 熱伝達率を計算するためには、固体の物性値は一切関係ありません

フーリエの法則とは

このような計算をされている方に必要な知識です

固体内の熱伝導計算
空気、水などによる冷却、加熱の計算全般
有限体積法などの数値伝熱計算

フーリエの法則とはこのように定義されます

フーリエ則 熱流量 熱伝導率
記号の意味

Q:単位面積当たりの熱流量
λ:固体の熱伝導率(W/m K)
dT:温度変化(℃)
dx:微小距離(m)
TH:高温部温度(℃)
TC:低温部温度(℃)

太陽定数とは

このような計算をされている方に必要な知識です

建築物の断熱材(グラスウールなど)の選定
屋外設置のタンク日射影響を計算
南向き 建築物の暖房負荷を計算
建物熱貫流率を計算
日光による放射熱量を計算

太陽定数とはこのように定義されます

完全黒体(放射率 1)の平面が太陽光線に対して垂直に対面する場合に 1(m2)当りに太陽光線から受ける輻射熱(W)

太陽定数=1.37(KW/m2)

熱貫流率とは

このような計算をされている方に必要な知識です

建築物の断熱材(グラスウールなど)の選定
ペアガラス窓を使用した室内の空気調和計算
室内に必要な暖房熱量、暖房負荷を計算

熱貫流率とはこのように定義されます

K_value.jpg

数式の記号について

K:熱貫流率=K値 (W/m2 K)
λ:材質熱伝導率(W/m K)
t:材質厚み(m)

定性的な説明

「単位厚さ当りの材量の熱の伝わりやすさ」

速度助走区間とは

このような計算をされている方に必要な知識です

物体壁面近傍の流体温度計算
遷移レイノルズ数付近の熱伝達計算
配管入口付近の熱伝達計算

速度助走区間とはこのように定義されます

速度境界層 助走区間

「管内流で、内壁から発達した境界層が管中心部分で合流するまでの区間を速度助走区間という」

ヌセルト数とは

このような計算をされている方に必要な知識です

物体を流体によって加熱、冷却する計算
自然対流、強制対流熱伝達計算

ヌセルト数とはこのように定義されます

Nu_difinition.jpg

数式の記号について

Nu:ヌセルト数
h:熱伝達率(W/m2 K)
L:物体代表長さ(m)
λ:流体熱伝導率(W/m K)
δ:温度境界層厚さ(m)

定性的な説明

「熱伝導による伝熱量に対する対流熱伝達量の比」
または、
「温度境界層厚さに対する物体代表長さの倍数」
と表現する事もできる

総括伝熱係数とは

このような計算をされている方に必要な知識です

2流体が交わらない熱交換器
例)プレート式熱交換器
例)多管式熱交換器
固体へ隔壁を介して熱が通過する現象を計算
例)配管の流れ方向の温度変化を計算

総括伝熱係数とはこのように定義されます

overal_heat_Transfer_C.jpg

数式内の記号について

U:総括伝熱係数(W/m2 K)
ho:管外側熱伝達率(W/m2 K)
ro:管外側汚れ係数(m2 K/W)
b:管肉厚(m)
λw:管材質熱伝導率(W/m K)
Do:管外径(m)
Di:管内径(m)
ri:管外側汚れ係数(m2 K/W)
hi:管外側熱伝達率(W/m2 K)

総括熱抵抗とは

このような計算をされている方に必要な知識です

2流体が交わらない熱交換器
例)プレート式熱交換器
例)多管式熱交換器 固体へ隔壁を介して熱が通過する現象を計算 例)配管の流れ方向の温度変化を計算

総括熱抵抗とはこのように定義されます

Rt_eq.jpg

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