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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)

2010-07-15 [記事URL]

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)

2010-07-15 [記事URL]

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)

2010-07-15 [記事URL]

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。


熱風ブロー装置の熱計算

2010-07-15 [記事URL]

熱風ブロー装置は、このような使われ方をしています

自動車部品の乾燥
エアーブローにより、製品を均一加熱する場合
洗浄された部品の水滴を除去する工程において使用

現場の技術者からのご相談で以下のようなものがあります。

製品の加熱量、加熱時間の算出
乾燥工程の長さの決定
ブロアの風量、噴出し口径を設計したい。

よくつかわれる計算として以下のようなものがあります

垂直噴流熱伝達計算
Q=MCΔT
Bi数による、製品内部の温度ムラ有無の判定計算


冷却ダクト ノズルの熱計算

2010-07-15 [記事URL]

冷却ダクトは、このような使われ方をしています

ブレーキを冷却するダクトとして使用
自動車のエアーインテークのダクトとして使用
工作機械の制御項目の一つとして通風ダクトによる冷却システム

現場の技術者からのご相談で以下のようなものがあります。

ダクトノズル径の設計
冷却風量の見積り
製品冷却工程長さ、搬送速度の検討

よくつかわれる計算として以下のようなものがあります

多孔ノズルからの噴流熱伝達計算
Q=MCΔT
1次元非定常熱伝導方程式


熱伝達率、境膜伝熱係数とは

2010-07-15 [記事URL]

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。

ガラス表面の熱リーク量の計算ができます

2010-07-15 [記事URL]

このような方にお勧めです。

保温設備を設計計算している方
多層平板の熱流れを計算する必要のある方
断熱材の選定をされている方

ガラスでなくとも、多層質の平板(断熱材など)の熱リーク量を計算できます。

計算事例です

netsuriiku3.jpg

空気層を挟んだガラス表面温度から、熱リーク量を計算できます。材質変更による比較もできます。
上記のような計算は5日で解決します。

5日後 解決コース


周囲温度の違いによる、電線表面温度の計算

2010-07-15 [記事URL]

以下のような業務をされている方はお読みください。

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。

異なる周囲温度に対して、電線表面からの自然放熱することによる電線温度の計算ができます。

以下、関連する数式です

densen_keisanshiki.gif

以下は周囲温度別の電線表面温度のグラフです

上記のような計算は5日で解決します。

5日後 解決コース


スチームヒータ付き保温庫の熱計算

2010-07-15 [記事URL]

保温庫とは、このような使われ方をしています

庫内温度一定に保ち、医療用製品、食品をドラム缶などによって貯蔵

具体的には、以下のような製品が該当します

食材蒸し器、厨房設備 屋外、屋内設置のスチームヒータ設置 保温コンテナ内の溶液保管ドラム缶の 温度変化計算 医療用保管庫

よくつかわれる計算式として以下のようなものがあります

庫内外の熱貫流率 断熱材の性能計算 空気調和計算


微粒子 金属粉塵の冷却計算

2010-07-15 [記事URL]

下のような業務をされている方はお読みください。

レーザ加工で発生する粉塵(粉じん)の冷却時間を計算。
分級エアー装置の設計。
集塵機により搬送される粉塵の衝突板や流路設計。
初期温度が溶融再凝固(1度以上)してい高温粉塵の鉄鋳物内の搬送流路、流速を計算。
高温品温の灰がパイプ中に混入、ある風速(風量)で移動(搬送)させながら低温に冷やす時の熱伝導計算。
空気輸送中に搬送物(灰)の温度を空気でさげる場合の熱計算。
灰の混入部(パイプの中を流れている空気の中に灰を供給機にて投入する場所)からその移動箇所にて吸引し、分級機、によって集塵され灰温度を下げる時の輸送条件を計算。

直径数ミクロンの高温金属粒子が、 どのくらいの時間で冷えるのか? このような計算ができます。

以下に、関連する数式を紹介します

ryuushi_eq.gif

以下は金属粉塵 温度の時間変化グラフです

上記のような計算は7日で解決します。

7日後 解決コース


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