伝熱

質問

直径１ｃｍの鉄球を５００℃に加熱して冷やすんですが、
方法として、０℃の水に浸す場合と、－１９６度の液体窒素（沸点－１９６℃）に浸す場合では、浸した直後の冷却速度はどちらの場合が大きいのでしょうか？

回答No.4

nana773

鉄球は、液体との間の熱伝達によって冷却されます。冷却される熱量Qは鉄球表面の温度と液体の温度、熱伝達率によって決定します。
Q=hS(T1-T2)
Q:冷却される熱量、h：熱伝達率、T1：鉄球表面の温度、T2：液体の温度
S:面積
熱伝達の状態は最初、温度差が大きい状態では一般に膜沸騰→核沸騰となり、自然対流に落ち着きます。この間、熱伝達率は非常に大きく変化します。
また、T2は単に液体の温度と言っていますが、どの位置における温度を液体の温度とするかは難しいと思います。

常識的に考えれば、他の方々が書かれているように液体窒素で冷却するほうが冷却速度は速いです。熱ひずみなどもきになるので、ちゃんと調べたいなら熱伝導方程式（非線形）を解くことをお勧めします。

液体窒素の熱伝達率は低温工学ハンドブックに載っています。他の物性値も、色々さがせばみつかるのではないでしょうか？

回答No.3

titanuser

>>No2
界面は気体になりますが、多量に液体窒素があり攪拌すれば確実に液体窒素が早いです。また、水も鉄球との界面の温度が上昇するので同様に遅くなります。

１のかたがおっしゃるように温度の差が大きいほど冷却速度は大きくなります。よって同じように攪拌したり、あるいはただ浸すだけなら（冷却条件が同じなら）液体窒素のほうが冷却速度は大きくなります。

回答No.2

yamada17hisashi

焼き入れをしたいのなら油冷です。
沸点の低い液体だと沸騰して界面は気体となるので熱伝導が悪くなります。

回答No.1

CAW

冷却速度というのがそもそもどう定義されているのかわかりませんが
熱伝導率が同じなら熱量の移動速度は温度差が大きいほうが大きくなります