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Q) 配管内の熱伝達率は層流、乱流でどれくらい違う?

2012-05-05 [記事URL]

A) 臨界レイノルズ数 約2300を境に同じ流速でも2倍以上異なります

 内径10(mm)の管に0.07(m/sec)の水を流す場合、レイノルズ数Re=1.066E+03
となり、層流熱伝達の数式を使い、
熱伝達率は2.301E+02 (W/m2 K)と計算されます。

 一方、内径50(mm)の管に0.07(m/sec)の水を流す場合、レイノルズ数Re=5.332E+03
となり、乱流熱伝達の数式を使い、
熱伝達率は5.571E+02 (W/m2 K)と計算されます。


熱貫流率とは

2012-05-05 [記事URL]

このような計算をされている方に必要な知識です

建築物の断熱材(グラスウールなど)の選定
ペアガラス窓を使用した室内の空気調和計算
室内に必要な暖房熱量、暖房負荷を計算

熱貫流率とはこのように定義されます

K_value.jpg

数式の記号について

K:熱貫流率=K値 (W/m2 K)
λ:材質熱伝導率(W/m K)
t:材質厚み(m)

定性的な説明

「単位厚さ当りの材量の熱の伝わりやすさ」


Q) 熱伝導率の単位 (W/m K) 中の”W”の意味について

2012-05-05 [記事URL]

A) 1(m)の厚みの材質の両端の温度差が1(K)の時に、1(秒)間に1(J)の熱量が流れる

材質の熱伝導率を1(W/m K)の熱伝導率といいます。

具体的な定義は、熱伝導率についてのページで説明しています。
(W)の単位は1(秒)間に1(J)の熱量が移動するもしくは、消費するという単位です。


水の熱伝導率、密度、定圧比熱、動粘性係数

2012-05-04 [記事URL]

熱伝導率は温度の影響をうけます(若干圧力にも) 単位は(W/m K)

1(atm)

10(℃)   5.820e-01
30(℃)   6.150e-01
50(℃)   6.405e-01
70(℃)   6.596e-01
90(℃)   6.730e-01

5(atm)

10(℃)   5.821e-01
30(℃)   6.153e-01
50(℃)   6.408e-01
70(℃)   6.597e-01
90(℃)   6.730e-01

密度は温度の影響をうけます(若干圧力にも) 単位は(Kg/m3)

1(atm)

10(℃)   1.000e+03
30(℃)   9.959e+02
50(℃)   9.879e+02
70(℃)   9.778e+02
90(℃)   9.653e+02

5(atm)

10(℃)   9.999e+02
30(℃)   9.959e+02
50(℃)   9.882e+02
70(℃)   9.779e+02
90(℃)   9.653e+02

定圧比熱は若干温度、圧力に影響をうけます 単位は(J/Kg K)

1(atm)

10(℃)   4.195e+03
30(℃)   4.180e+03
50(℃)   4.180e+03
70(℃)   4.188e+03
90(℃)   4.205e+03

5(atm)

10(℃)   4.192e+03
30(℃)   4.177e+03
50(℃)   4.180e+03
70(℃)   4.189e+03
90(℃)   4.203e+03

動粘性係数は温度によって変化します(若干圧力にも) 単位は(m2/sec)

1(atm)

10(℃)   1.314e-06
30(℃)   8.102e-07
50(℃)   5.644e-07
70(℃)   4.269e-07
90(℃)   3.417e-07

5(atm)

10(℃)   1.323e-06
30(℃)   7.996e-07
50(℃)   5.541e-07
70(℃)   4.126e-07
90(℃)   3.191e-07


Q) 熱伝導率λと熱抵抗値Rthの関係について

2012-05-04 [記事URL]

A) 固体内の熱の伝わりにくさをRthで表せます

具体的な数式は、熱抵抗についてのページで説明しています。
熱が伝わる道筋の長さを分子に、固体の熱伝導率と道筋の断面積を
分母に置いて計算できます。
熱回路網法でよく使う式です。


レーザ加工の熱計算

2012-05-04 [記事URL]

レーザ加工機は、このような使われ方をしています

高速、高精度な加工を要する製品向けの工作機械
複雑な形状加工をする場合、鋳型を作成する工数削減のため
切削加工では、精度がでない素材の加工をする時

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。

被工作物の温度上昇計算
レーザー照射熱を放熱するための熱量計算
加工後の工作物の冷却時間

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

短波長レーザーによるふく射熱量計算
高温製品からの放熱量計算
主に、平面からの熱伝達率計算


極寒冷地 地下駐車場の暖房設備の熱計算

2012-05-04 [記事URL]

地下駐車場の暖房設備は、このような場面で使われています

蓄熱暖房を利用した空調設備
セントラルヒーティングを利用した暖房設備
ふく射式暖房機を用いた空調設備

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。

駐車場床面積、天井までの高さによる暖房負荷の見積り
コンクリート壁と断熱構造の仕様検討
必要暖房熱量の計算

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

地下構造物の空気調和計算
屋内熱伝達率の計算
熱貫流率の計算


チラーユニットの熱計算

2012-05-04 [記事URL]

チラーユニットは、このような使われ方をしています

大規模空調設備への冷熱源供給
産業用プロセス冷却水の生成
凝縮潜熱を使い、冷却水を生成

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。

チラ―同士から冷却対象までの熱損失計算
チラ―に要求される冷却熱量の計算
必要冷却水温度の計算

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

円筒内外の熱伝達率計算
Q=MCΔT
凝縮潜熱量計算


ヒーター炉 高周波炉 バッチ炉 連続炉の熱計算

2012-05-04 [記事URL]

ヒーター炉 高周波炉 バッチ炉 連続炉は、このような使われ方をしています

セラミック、電子部品、金属、ガラス、粉体などを加熱、焼結
誘導加熱原理を利用して、焼成物物を溶解、熱処理する
熱風と遠赤外線による加熱を併用して、均一な加熱を必要とする物に対して

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。

高周波加熱による理論的加熱量の見積り
熱風によるカ熱量と誘導電流による加熱量の計算
製品の昇温時間の計算

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

熱風による熱伝達率計算
渦電流によるジュール発熱量の計算
赤外線によるふく射熱量の計算


Q) 温度を一定に保つための熱量を計算するには?

2012-05-03 [記事URL]

A) 外側に放熱する熱量を計算する必要があります

温度が一定、つまり製品全体の温度が時間的に変化しない定常状態の時は
発生熱量=放熱量というように、等式が成り立ちます。

つまり、この時の放熱量を計算すれば、必要は熱量を計算できます。
放熱量は外側から空気や、水なので冷却する場合は、強制対流熱伝達率を、
水槽内や室内、屋外の雰囲気に放置する場合は、自然対流熱伝達率を求めてから、
ニュートンの冷却則を使い求めます。


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