丁寧に学ぶエネルギー管理士試験対策 課目Ⅱ伝熱工学 from IT入門チャンネルaki@youtube

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【C#講座】
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【C++講座】
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～応用編（再生リスト参照）～
1⃣オブジェクト指向（初級）　2⃣関数編　3⃣構造体　4⃣vector編

【Python講座】
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【ITエンジニア入門講座　再生リスト】
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■サーバ・Linux技術
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■テクノロジー解説
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【CFDプログラミング　再生リスト】
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【CFD理論解説】
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Transcript

2. IT入門チャンネルでは他にプログラミング等の IT知識を提供しています。
3. 熱の伝わり方 熱伝導 物質内で熱が高温から低温に移動する現象 例：フライパン、水冷菅 熱伝達 固体表面と流体が接触 している際の熱移動 例：ヒートシンク 輻射（ふく射、放射） 熱を持った物質から電磁波として熱が放射される現象 例：太陽光、レーザー
4. 熱伝導 25℃ 5℃ 物質内で熱が高温から低温 に移動する現象 均一な鉄板では、熱流束qは一定 熱流束：単位時間に 　　　　単位面積を横切る熱量 フーリエの法則 熱流束： 熱伝導率
5. 熱伝導 25℃ 5℃ 熱伝導率の例 銅：398 アルミ：236 水：0.6 空気：0.024 熱量Q[J]　＝　（熱流束✕断面積✕時間） ・温度差が大きいと熱が伝わる ・断面積が増えると熱が伝わる ・板が厚いと熱が伝わらない 物質内で熱が高温から低温 に移動する現象 ※断熱材は 　空気を多量に含む
6. 熱伝達 固体表面での流体対流に着目したのが熱伝達 ニュートンの冷却則 熱流束： 熱伝達係数 熱伝達係数は温度境界層の影響を受ける →流速・圧力・表面性状で変化する
7. 熱貫流率 熱伝導と対流熱伝達を組み合わせた構造の熱の伝わり方 伝熱量 熱貫通率(U値) 熱貫通量[W/m2K] 面積[m2] 熱伝達1 [W/m2K] 熱伝達2 [W/m2K] 熱伝導1 [W/mK] 熱伝導2 [W/mK] 厚さ2[m] 厚さ1[m] 高温流体 h1 壁λ 1 空気 h2 L 2 90℃ 30℃ 壁λ 2 L 1
8. 対数平均温度差(LMTD) 温度差がある壁で、伝熱量を計算するための平均温度差 の近似値 LMTD = Logarithmic Mean Temperature Difference ΔT LMTD ：対数平均温度差[℃] ΔT A ：入口温度[℃] ΔT B ：出口温度[℃] 並流 向流 伝熱量
10. 輻射熱 熱を持った物質から電磁波として熱が放射されるのが輻射（ふく射） ステファン・ボルツマンの法則 放射エネルギー： 放射率 輻射は4乗に比例するため、高温の物質では 輻射伝熱が支配的になる ステファンボルツマン定数
11. ウィーンの変位則 黒体からの放射のピークとなる波長λは 黒体の温度 Tに反比例する 一般的な輻射計算では、波長は一定 と仮定して計算する 波長 高温⇒高周波数 （短波長） 高温 低温
12. 輻射熱の計算 １つの面から放射されるエネルギー ステファン・ボルツマンの法則 灰色体（放射率が波長に依存しない）の場合 放射エネルギー： 放射率 （黒体:1,Al:0.04 　鏡面体:0） ステファンボルツマン定数 A 放射熱[W]：
13. ２つの物体間の輻射伝熱 2つの面で伝わる輻射熱の計算 放射熱伝達量： A B 完全黒体（ε = 1）同士で、互いに平行かつ面積が等しく、 完全に視界に入っている場合（𝐹 𝐴𝐵 =1）
14. キルヒホッフの法則 放射率ε と 吸収率α が等しいという法則 ちなみに、反射率＋吸収率＋透過率＝１ 　である。
16. 熱伝達 固体表面での流体対流に着目したのが熱伝達 ニュートンの冷却則 熱流束： 熱伝達係数 熱伝達係数 は温度境界層の影響を受ける →流速・圧力・表面性状に基づく 　ヌセルト数 (Nu)で変化する
17. ・プラントル数が大きいと断熱的 ・Pr = 1 で、速度境界層厚さと 　温度境界層厚さが等しい 無次元数 プラントル数（Pr） グラスホフ数（Gr） ：粘性力と温度拡散率の比 ：粘性力と浮力の比 レイリー数（Ra） ：浮力と温度拡散の比 粘性力 温度 拡散率 浮力 慣性力 熱伝達 熱伝導 Nu Gr Pr Re Ra ・グラスホフ数が大きいと 　自由に流れる 　→層流から乱流に遷移しやすい ・レイリー数が大きいと 　自然対数が発生する 　→乱流予測に使われる（＆ Re）
18. ・レイノルズ数が高いと 　乱流が発生する ・レイリー数と合わせて 　確実な乱流予測が可能 無次元数 レイノルズ数（Re） ヌセルト数(Nu) ：流体の慣性力と粘性力の比 ：対流する流体の熱伝達と 　熱伝導の比 粘性力 温度 拡散率 浮力 慣性力 熱伝達 熱伝導 Nu Gr Pr Re Ra ・ヌセルト数が大きいと 　対流による熱の伝わり が大きい ・対流なし（Nu = 0）
19. ヌセルト数と他の無次元量の関係 ヌセルト数：対流する流体の熱伝達と熱伝導の比 自然対流 温度差による密度差と重力によって自然に流れることで生じる伝熱 ヌセルト数はグラスホフ数 とレイリー数 の関数となる 強制対流 ファンなど外部の力で流体を流し、熱を運ばせる現象 ヌセルト数はレイノルズ数 とプラントル数 の関数となる
20. 伝熱と物質移動 伝熱と物質拡散は同様の現象として考えられる。 ヌセルト数は対流伝熱 を示し、シャーウッド数は物質の拡散 を示す。
22. 沸騰曲線 沸騰伝熱現象を熱流束と過熱度で表した曲線 A-B B-C-D D-E E~ 熱伝達最 大 熱伝達は 弱い 熱伝達不 安定 熱伝達最 小 熱伝達 h = q / ΔT sat
23. 沸騰と凝縮の熱伝達率 沸騰時の表面と熱伝達率 凝縮時の表面と熱伝達率 膜で覆われると 熱伝達率は下がる
24. 各現象と熱伝達率 沸騰や凝縮時の相変化による熱伝達率は、対流の影響を大きく上回る