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放射伝熱の問題：熱電対によるガス温度測定
- 放射伝熱問題において、熱電対を使用して燃焼ガスの温度を測定する方法について質問があります。
- 熱電対の検出部が灰色体である場合には何か考慮すべき事項があるのかについても知りたいです。
- 以前の回答で示された式「εσ(T_c^4 - T_air^4) = hm(T_s - T_c)」の導出方法を教えていただきたいです。
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こんばんはです。 ☆１）熱電対検出部が灰色体の場合は何か考慮する必要がありますか？ ◇黒体なら、熱電対が周囲に熱放射の形で放射する熱エネルギーは、単位面積当たりσTc^4となります。 灰色体なので、εσTc-4となるわけです。 一方、 周囲の固体も灰色体と考えて、その固体が放出する熱エネルギーはεTair^4となるわけです。 ───なぜならば、周囲の固体の温度は、気体の温度Tairと同じと考えるので─── ☆２）以前の回答で「εσ(Tc^4 - Tair^4) = hm(Ts - Tc)」と式が出てきましたが、どのように導き出されたのか分かる方教えてください。 ◇これは以下のように考えて導きます。 熱電対の（単位面積あたりの）熱放射量 εσTc^4 周囲の熱放射量 εσTair^4 熱電対は、εσTc^4だけ熱放射で失い、周囲からεσT^4だけ受け取る。 つまり、 熱放射による正味の放射熱 = εσTc^4 - εσTair^4 = εσ(Tc^4 - Tair^4) 一方、熱伝達によって温度Tsの燃焼ガスから熱電対が受け取る単位面積あたりの熱量は、 hm（Ts - Tc) 熱電対は、熱的な平衡状態にあると考えられるので、 熱電対が放射で失う正味の熱量 ＝ 熱伝達によって燃焼ガスから熱電対が受け取る熱量 よって、 εσ(Tc^4 - Tair^4) = hm(Ts - Tc) となります。 ☆以前の質問への回答：ノズルから燃焼ガスが空気中に噴射されそれを熱電対で測定しているので、多量エアに微量ガスだと考えられます。 ◇これは、燃焼ガスには、熱線に対して透明な窒素の他に、 熱線に対して不透明な二酸化炭素や水蒸気などが含まれるためです。 ───────── ガス輻射 一般的な壁面間での熱輻射以外に2物体間にある媒体を電磁波が通過する際にも、熱の吸収や散乱による熱エネルギーの放出が起こっている現象を特にガス輻射といいます。ガス輻射は、2物体間に点在する媒体のもつ物性によっても違いがあります。例えば、媒体が空気であれば、ガス輻射の効果はほぼ無視できますが、反応炉の内部のように、媒体中に水蒸気や炭酸ガスが多く点在しているような場合には、ガス輻射の効果は大きくなります。そこで、前者を透明体、後者を半透明体といった具合に、ガス輻射の効果の大小によって、媒体を区別しています。 http://www.idaj.co.jp/glossary/50/s01000/post_484.html ───────── この効果を考慮に入れますと、非常に複雑になります。 さらにいいますと、燃焼ガス中に、煤（すす）のような固体粒子が存在していますと、その固体粒子との熱放射による熱の授受が行われます。 質問中にあげられた伝熱学の問題は、 ガスが高温の場合、ただ熱電対を挿入しただけでは、ガスの正しい温度を測れない、 ということを言わんがためのものです。 １２００℃の燃焼ガスを測っているのに、熱電対の放射によって熱電対の示す温度が約１１０℃低下して、１０８９℃という数字を示す。 では、どうすれば正しい温度を測れるかといいますと、 《吸引温度計》を使えばいいのです。 ───────── 吸引温度計 温度計への熱伝達を良くするため、温度計を二重管の中に入れたもの。高温気体などの測定に使用される。 http://www.architectjiten.net/ag21/ag21_442.html ───────── あるいは、 ───────── 吸引式熱電対は高速度熱電対ともいわれ，気体温度を正確に測定するために使用されます。 高温ガスが金属管またはダクトの中を流れている場合，管・ダクトが保温されていなければ，管壁温度はガス温度より低いため，熱電対より熱が管壁に放射され，測定誤差が生じます。このため，吸引形熱電対の周囲には放射遮蔽板が取り付けてあり，遮蔽板を多重にしたものもあります（図）。図の右側は多数の細い磁器管を測定接点の周囲に配置したもので，多重遮蔽と同じ効果を持つものです。 http://keiso-cube.com/0808ref_a/00808cube31a09.htm ───────── が参考になろうかと思います。
お礼
ありがとうございます。 とても詳しい説明で分かりやすいです。 勉強になりました。 今後も分からないときはよろしくお願いします。