よくある質問 - 熱 温度 技術計算 エクセル受託解析 - FutureEngineer

熱 温度 技術計算 エクセル受託解析 - FutureEngineer

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(質問) 相談費用の考え方は?


熱量計算の受託解析費用(エクセルファイル、熱量計算式込み)

受託解析、計算費用の考え方

使用する対流熱伝達、ふく射熱伝達および、熱伝導計算ノウハウの量によって頂く費用が異なります。

算出費用をより多く頂く場合は以下のとおりです

熱の流れるパターン、対象物、流体経路、種類が多い場合。
過渡状態、飽和温度までの時間経過計算、冷却時間の計算など時間が関係する計算。
エクセルで計算できない様な、繰り返し計算プログラム、差分法解析を必要とする計算。 (熱交換器伝熱面積計算、固体内温度分布計算など)

以下の場合は、比較的算出費用を低く抑える事が出来ます

対象物形状を、単純な形に置き換えて計算出来る場合
すでに、類似形状における参考データがあり、それを元に計算する場合

計算対象による基本費用

製品表面温度、放熱量、必要冷却量の計算など

このような課題はお任せを

断熱材、保温材表面温度、適正厚さ計算
冷却ジャケットの最適水量計算
冷却塔などの冷熱源から発熱源までの保温配管長さ計算
冷却工程長さの計算
2種類以上の流体による放熱計算
固体内部の温度時間変化計算
(以下順次追加していきます)

計算結果納品後1週間サポートいたします。

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開発中の製品性能評価など

このような課題はお任せを

特注ヒートシンクの熱抵抗計算
開発中の熱機器の性能検討
新規製品の冷却手段を検討
その他、加熱、冷却手段を検討される場合
(以下順次追加していきます)

計算結果納品後4週間サポートいたします。

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熱交換器、排熱回収システムの能力計算など

このような課題はお任せを

ボイラーの排気熱を利用した温水システム熱設計
多管式熱交換器の伝熱面積計算
プレート式熱交換器の交換熱量計算
LEDなどからの発熱量から筺体表面温度を予測するシミュレーション
(以下順次追加していきます)

計算結果納品後4週間サポートいたします。

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追加費用、値引きについて

明日にでも計算結果が欲しい

上記費用の5割増しで即日納品します

ご依頼案件、弊社スケジュールによっては不可能な場合がございます。
お見積時にお問い合わせください。

計算納品後に長くサポートが必要

1週間当り、上記費用の2,5割増しでサポート期間延長します

自社で計算するから、数式、資料だけでいいので教えてほしい!

上記費用の5割引きでご提供します

計算方法、数式を記したレポートと根拠となる資料のコピー(もしくは資料名)をお渡しいたします。(ご依頼案件によっては不可能な場合もあります。)

対面でお打合せをご希望の場合

現在原則行っておりません。
不定期開催する熱計算相談会をご利用くださるか、電話(弊社負担)にてお願いします。

費用改訂履歴

2008年8月 有料技術相談(受託請負計算)開始
2012年2月 費用をサポート期間を基準に改訂
2013年2月11日 案件別に費用を算定

計算費用一覧を示したパンフレットはこちらからダウンロード下さい

現在準備中

Q) アルマイト処理したヒートシンクの方が熱抵抗が低いのはなぜ?

A) 表面よりふく射熱伝達により放熱するからです

 押出成形によるアルミ材質ヒートシンクのままですと、表面が反射して、表面からのふく射率がゼロに近くなります。つまりせっかく半導体からの熱を高熱伝導率のアルミを使って導いてきて、ヒートシンク表面温度を高めてもふく射熱伝達量を稼ぐことができません。(対流熱伝達は稼げます)

 一方表面にアルマイト処理を施すと、0.8~0.9までに高まります。よってふく射熱伝達率による熱抵抗の分母の値が大きくなり、熱抵抗全体としては低くなります。

対流熱伝達による熱抵抗と、ふく射熱伝達による熱抵抗の数式はこちらを参考

Q) 配管に2種類の断熱材を巻く場合どう配置すると効率が良い?

A) 内側に断熱性能が高い(熱伝導率が低い)材質を巻く方が効果的です

内径100(mm)の配管に厚み10(mm)の断熱材を巻いた結果です

dannnetsu_haichi.jpg

 互いに10倍の熱伝導率の差がある断熱材を比べています。
 水流の流速は0.3(m3/hr)です。

Q) 熱伝導率が分かっている断熱材の厚みを検討するには?

 ロックウールなどの断熱材片面が1000(℃)一定の時、反対側の温度が例えば100(℃)未満になるために
必要な厚みを計算するためにはどうしたらよいか?

A) 1次元非定常熱伝導方程式の解析解から求まります

 突然時刻0に方側がThになった時の、断熱材厚み方向の温度時間変化は以下の式より求まります。

断熱材厚み 非定常熱伝導 解析解

Q) ロックウールなどの断熱施工された壁の表面温度を求めるには?

A) 熱貫流率を使って求めます

 この場合、建物室内と室外の表面熱伝達率、壁厚み、壁内部材質の熱伝導率を使い、以下の定義式から求めます。
熱貫流率の定義はこちら

以下の定義式を用いて通過熱量を求めます。

 熱貫流率×通過熱量=室内、室外の温度差

以下の式を用いて壁表面温度を求めます。

 室内温度と室内壁温度の差=通過熱量×室内表面熱抵抗

 熱抵抗は表面熱伝達率から以下の定義式から求まります。
熱抵抗の定義はこちら

Q) 銅、鉄、SUSなど金属棒温度を熱伝導計算式を使って求めるには?

A) 定常状態(温度分布が変化しない状態)を求めるには有限体積法がお勧めです

有限体積法とは

 計算対象の固体を有限大きさの要素に分割し、要素に流入出する熱量に関して等式を作り、
全要素に関して連立させて温度を解く方法。

 棒状の物体でしたら、材質が何であれ物体の熱伝導率が分かればよいです。
隣り合う要素同士でフーリエの法則に従い、熱流量を求めます。
 棒表面からの放熱量はニュートンの冷却則を用います。

連立方程式を解くためには

 各要素の温度に係る係数達と、それぞれの方程式の定数項から係数行列を求め、正規化します。
この時にガウスの消去法を使うと便利です。

Q) 熱伝達率を使って装置ユニットからの放熱量を求めるには?

A) 装置ユニット形状に合う自然対流熱伝達率を計算します。

自然対流熱伝達率とは

 固体壁温度と周囲気体、液体に温度差がある時に、浮力によって流れが生じ固体壁と熱交換する現象。
こちらに定義式があります。→自然対流熱伝達率の定義
こちらに主要な自然対流熱伝達率概算値があります。→自然対流熱伝達率の値

熱伝達率から放熱量を求めるためには

 計算によって求まった熱伝達率を使って、ニュートンの冷却則に代入します。
それから物体表面からの放熱量が求まります。
こちらに定義式があります。→ニュートン冷却則

Q) 排気ダクト内を流れる流体から外部への放熱量は?

A) ダクト微小長さにおける熱通過率の概念で計算できます。

熱通過率とは

 固体壁を介して流体が熱交換する時の量を見積る場合に有用な式です。
こちらに定義式があります。→熱通過率の定義

排気ダクト内側から外側への放熱を考慮した出口温度

duct_outT.jpg
記号の意味

T:温度(℃)
L:ダクト長さ(m)
A:ダクト内部流体質量流量、ダクト内部流体比熱、熱伝達率、ダクト径
から計算される負数

放熱量は、ダクトの出入口温度が分かれば求まります

 放熱量は、
内部流体質量流量×比熱×出入口温度差
によって計算できます。

Q) タンクから放熱する熱量と冷却に必要な水量を計算するには?

A) タンク側面の熱通過率と、タンク内の冷却コイル外側熱伝達率を求めます

タンク側面の熱通過率は

 側面外側の表面熱伝達率と、タンク壁面材質に起因する熱伝導率、
側面内側の熱伝達率から求める事が出来ます。

冷却コイル外側熱伝達率は

 攪拌機が付いている場合と、付いていない場合で値は異なりますが、
各種実験式があり、推測可能です。

タンクからの放熱量に釣り合う冷却水量を計算します

 冷却水が奪う熱量は、
冷却水質量流量×比熱×出入口温度差
によって計算できます。

Q) 熱貫流率と熱伝達率は同じ意味?

A) 単位 (W/m2 K)が同じでも意味、用途が異なります。

熱貫流率は

主に住宅などの壁面断熱性能を表現するために使用する値でK値と言います。
つまり、単位厚み当たりの熱伝導率を言います。
具体的な定義式は、熱貫流率についてのページで説明しています。

建築物の空気調和計算や暖房負荷の計算に必須の知識です。

熱伝達率は

固体表面から周囲流体への放熱量を見積るための工学係数です。
固体表面と、流体との温度差が1(℃)で1(m2)の放熱面から1(秒)間に放熱する量が1(J)の時に1(W/m2 K)の熱伝達率といいます。(「熱伝達係数」、「境膜伝熱係数」は同義)
具体的な定義式は、熱伝達率についてのページで説明しています。

放熱量の見積りや、建物の外壁、内壁表面の熱交換量計算に必須の知識です。


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