円柱形状(配管、パイプなど)周りの放熱、冷却計算

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?」

みたいな計算化可能になります。







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。。。

有松絞り

来月初めに、渡米する予定があり、訪問先に日本のお土産を準備しようと思いました。

自宅から車で10分の場所に

有松という場所があり、江戸時代の東海道の景観が残っています。

http://www.shibori-kaikan.com/

ニュートンの冷却法則

技術相談をお受けしていて、「ニュートンの冷却法則」に関して異なる解釈をされている方が見えたので、ちょこっとお話します。



Q=h×(Tw - Tinf)



これは、高温物体から、それに接する流体への放熱量Qを求める式です。


Twは、高温物体表面の温度(俗に、「壁面温度」といいます。)


Tinfは、流体の温度です。(厳密には、壁面近傍の温度境界層の外側の温度です。)



「流体の温度」とは、自然対流の時は室温や、雰囲気温度に相当し、



強制空冷、水冷の場合は流体温度が均一な場所の温度に相当します。



ｈは「熱伝達率(係数)」もしくは、「境膜伝熱係数」と言われる、周囲流体の速さ、種類、物体形状に依存する係数です。



詳しくは、後日説明します。



ニュートンの冷却式を使った熱計算についてご相談ある方はこちらをご覧ください。

熱伝導率と、熱伝達率計算します。

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。

詳しく、知りたい方は、ご連絡ください。

自然対流と、強制対流、熱伝達率の違いは?

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。

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