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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顕熱とは

このような計算をされている方に必要な知識です

相変化を伴わない温度変化の熱計算
内部エネルギの変化がそのまま物体の温度変化に寄与する熱計算
作動流体が、蒸発、凝縮しない熱交換機の熱設計

顕熱とはこのように定義されます

「多数の分子などで構成されている系において、内部エネルギの増加と共に、系の温度も同時に上昇する時、この微視的な力学エネルギーを顕熱という」

具体例として以下のようなものがあります

1(atm)下の水が50(℃)から、70(℃)に上昇した時の熱量
1(atm)下の空気が25(℃)から150(℃)に上昇した時の熱量
1(atm)下の水蒸気が190(℃)から120(℃)に下降した時の熱量

接触熱抵抗とは

このような計算をされている方に必要な知識です

鋳造加工品同士を圧縮接続した時の熱の流れを計算
鉄板同士を圧着させた時の各部の温度を計算
電子基板上で部品同士を熱伝導樹脂、グリスによって接着する設計

接触熱抵抗とはこのように定義されます

Rth_defin.jpg

2つの異なる温度の固体を密着させた時に、互いの表面温度の差が生じる。
その差をΔTとし、熱流量をQとした時上記のように定義される。

接触熱抵抗は互いの固体の表面粗さ、硬さ、圧着圧力に依存する。

具体例として以下のようなものがあります

熱伝導接着剤、樹脂の選定
CPUなど、半導体からヒートシンクまでの熱流量計算
半導体ジャンクション温度計算
熱設計済みのヒートシンクを基にしたDIP-IPM許容発熱量計算
半導体インバーター放熱器の熱設計

ステファンボルツマンの法則とは

このような計算をされている方に必要な知識です

熱放射を無視できない熱設計計算
高温金属表面がさびている場合の熱計算
黒色表面の熱計算

ステファンボルツマンの法則とはこのように表現されます

stephan.jpg

stephanc.jpg

具体例として以下のようなものがあります

高温炉からの熱放射を考慮した熱設計
赤外線ヒーターの能力計算
CPU半導体表面温度の詳細計算

蒸発伝熱とは

このような計算をされている方に必要な知識です

製紙乾燥工程の熱設計
100(℃)以上の高温固体を水で冷やす、冷却床の熱設計
ミストによる製品冷却工程の設計

蒸発伝熱とはこのように定義されます

「自由液面から気体へ相変化する伝熱形態」
(伝熱学では「沸騰」と区別される。)

具体例として以下のようなものがあります

ヒートパイプでの蒸発部における現象
エアコンの室外機もしくは、室内機での熱交換機能
ボイラの水管内の熱交換現象

集中熱容量モデルとは

このような計算をされている方に必要な知識です

表面積に比べて、体積が小さい物体の温度変化を計算
固体表面温度と、内部温度の差を検討
熱伝導率が高い物体を自然放熱する場合の温度変化

集中熱容量モデルとはこのように定義されます

「物体内の温度分布を無視して物体の熱容量だけを集中系として取り扱うことができるモデル」

具体例として以下のようなものがあります


微小粉じんの温度変化
金属内部の温度変化を計算

質量流量とは

このような計算をされている方に必要な知識です

シェルアンドチューブなどの熱交換機の計算
パイプ内の熱伝達を計算
配管出入口温度が既知の時の、配管全体の熱交換量を計算

質量流量とはこのように定義されます

単位時間当たりに流れる流体質量

具体例として以下のようなものがあります

管内の遷移レイノルズ数はこのように表現されます。

mass_v_eq.jpg

配管出口温度が既知の時の熱交換量は以下のように計算できます。

haikan_juju.jpg

質量流速(mass flux)とは

このような計算をされている方に必要な知識です

物質伝達が生じる現象の計算
混合物内の濃度が異なる流体の熱計算
乾燥工程の熱計算

質量流速とはこのように定義されます

mass_flux.jpg

具体例として以下のようなものがあります

水の中に落としたインクの広がり
エアコンの混合冷媒における多成分混合物の挙動
大型冷蔵庫の吸収冷凍機内部の窒化リチウムによる水蒸気吸着

強制対流熱伝達とは

このような計算をされている方に必要な知識です

高温製品を冷却ファンにて冷却する計算
電子回路のヒートシンク用冷却ファンの選定
金型を冷却槽にて冷やす時のチラ―容量計算
パイプ内を流れる冷却水の水量を計算
冷却風が流れいている冷却搬送路の長さを検討中

強制対流熱伝達とはこのように定義されます

機械的な動力などで、流体に対流を生じさせて固体表面から熱を奪う(与える)現象

具体例として以下のようなものがあります

高温製品を冷却ファンによって、冷やす時のヌセルト数

kyousei_tairyuu_eq.jpg

自然対流熱伝達とは

このような計算をされている方に必要な知識です

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。

自然対流熱伝達とはこのように定義されます

加熱、または冷却によって流体中に生ずる密度差が起因する対流(自然対流)の熱伝達現象

具体例として以下のようなものがあります

冷却ファンがない、ヒートシンクからの放熱
冷却搬送路上の高温製品を室温にて自然冷却させる
循環しない、冷却槽内に沈めた高温製品の冷却現象

熱伝達率、境膜伝熱係数とは

この場合、
円柱の表面の熱伝達率は、クーラントの速度によって、以下のように変化します。
(円柱直径25mm、表面温度80℃に、30℃のクーラントが表面を流れている時を想定)

つまり
「熱伝達率」、「境膜伝熱係数」
は、条件
(流速、速度、つまり 風速、風量、流量、)
により様々に変化します!

これは、以下のように定義されています。

ニュートンの冷却計算式
(Newton's law of cooling)

newton.gif
newton2.gif

この「熱伝達率」に関係する相談を今までお受けしました。
その一部をお見せします。


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