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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水力直径とは

このような計算をされている方に必要な知識です

非円径断面形状をもつ管路内の境膜伝熱係数を計算
管路摩擦抵抗からおよその境膜伝熱係数を求める
同心円環水路を持つ金型温調設備の熱設計

水力直径とはこのように定義されます

suiriki.jpg

具体例として以下のようなものがあります

コンパクト式熱交換器(空冷ラジエターなど)の楕円水管内の境膜伝熱係数
多管式熱交換器の管内境膜伝熱係数
水冷冷却ジャケット内ヒートシンク表面熱抵抗計算

断熱条件とは

このような計算をされている方に必要な知識です

CAEシミュレーションを行っている方。
伝熱FEM(有限要素法)解析を行っている方。
幾何学的に対称な物体の境界の条件設定をする時。

断熱条件とはこのように定義されます
dannnetsu.gif

具体例として以下のようなものがあります

急激に膨張する空気の熱量授受の計算

断熱壁が使われている系の簡易計算

短時間の保温庫内の温度変化計算

真空層を含む保温ボックスの熱伝達境界条件の設定

動粘度(動粘性係数)とは

このような計算をされている方に必要な知識です

レイノルズ数の計算
輸送現象における分子拡散の計算
対流熱伝達係数の計算

動粘度(動粘性係数)とはこのように定義されます
nyuu.jpg

ただし、
ν:動粘度(m^2/sec)
μ:粘性係数(Pa sec)
ρ:密度(Kg/m^3)
具体例として以下のようなものがあります

単位はすべて(m^2/sec)

空気1(atm)200、300、400(K)における値 0.758e-5 1.583e-5 2.639e-5 

水1(atm)300、360(K)における値 8.573e-7 3.378e-7 

水蒸気1(atm)400(K)における値 2.40 

熱通過率とは

このような計算をされている方に必要な知識です

多層断熱材の性能評価
保温設備の壁面厚さ計算
空気調和の計算

熱通過率とはこのように定義されます

netsutuukaritsu.jpg

ビア(ビオ)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

気体(ガス)を通過後の放射エネルギを計算する
レーザーが気体を通過する時のエネルギ減衰量を概算する時
サーモグラフなどの非接触型温度計測時の、出力画像の補正

ビア(ビオ)の法則とはこのように定義されます

Bia_law.jpg
ビアの法則ガス層に入射したふく射強度は、
その厚さとともに指数関数的に減少する事を表しています。

fukusyakyoudo.jpg:ふく射強度

tansyokukyuusyuukeisuu.jpg:ガス層の厚み

tansyokukyuusyuukeisuu.jpg:単色吸収係数

具体例として以下のようなものがあります

一定厚さの気体を隔てて設置してある固体の温度を
サーモグラフなどで計測する場合。

ビオ(ビア)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

均質な中肉の円柱(棒)の内部温度の時間変化
薄い均質な板内部の温度変化
均質な球体内部の温度時間変化
温度境界条件によって、固体内の温度を求める計算
金属などの高熱伝導率物質の温度時間変化を求める計算

ビオ(ビア)数とはこのように定義されます

「固体内の熱伝導に対する固体表面の熱伝達の割合」
Bi.jpg

ただし、
h:熱伝達率(W/m2 K)
L:物体の中心までの距離(m)
λ:熱伝導率(W/m K)

具体例として以下のようなものがあります

流体にさらされた、金属棒の温度の時間変化を計算する時

この場合Bi数が小さいので、金属棒は表面から内部まで同じ温度として計算することができます。
つまり、金属の質量、比熱、だけで温度変化が求まります。

ブラジウスの式とは

このような計算をされている方に必要な知識です

乱流域の管摩擦係数を求める時
パイプ内の空気の管路損失を計算する時
レイノルズ数が乱流域の場合に圧力損失を計算する場合

ブラジウスの式とはこのように定義されます
bradius.jpg

具体例として以下のようなものがあります

冷却水循環ポンプの能力決定
管出口の圧力を計算

レイノルズ数とは

このような計算をされている方に必要な知識です

強制対流熱伝達の計算
乱流、層流の判断をする時
流れの粘性力と、慣性力の割合を計算

レイノルズ数とはこのように定義されます

「粘性力に対する慣性力の割合」
Re.jpg
Re0.jpg:レイノルズ数

u.jpg:流体の速度(m/sec)

L.jpg:代表長さ(m) (円柱の場合直径、パイプ内の場合内径)

nyuu0.jpg:動粘性係数(m^2/sec)

具体例として以下のようなものがあります

管内の流れでは、レイノルズ数が2300以上になると、乱流になります。

管の外(パイプなどの外側)の流れでは、2×10^5付近が、層流と、乱流の判断基準(臨界レイノルズ数)になります。

強制空冷とは

このような計算をされている方に必要な知識です

電子機器のヒートシンク設計
ラジエターなどの表面式熱交換器の設計

強制空冷とは主にこのような場所でつかわれています

電子機器の冷却手段の一つで、小型ファンを使い
風速1-2(m/sec)の風を起こして冷却する方法

大型計算機なのでは風速5(m/sec)を超えるものもあるが、騒音対策が必要

電子部品表面の熱抵抗は風速のほぼ0.5乗に反比例して下がる

球殻熱伝導とは

このような計算をされている方に必要な知識です

医療用バルーン発熱体の温度制御

球殻熱伝導を表す数式はこのようになります。

球核中心から外側雰囲気に流れる熱量Q(W)、総括熱抵抗Rt(℃/W)は以下の式で求まります

sphere_conduction.jpg

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