物理に詳しい方がいましたら教えてください。

質問

物理の分野でわからないことがあります。
分かる方がいれば教えてください。

業務用オーブンの焼きムラをなくすための実験を行っています。

業務用オーブンの奇数段(10段）にサーモロガー（10秒間隔で温度を記録してくれる機械）を置いて、加熱中（15分）の各段の温度変化についてデータを取りました。

手元にあるデータは、各段の温度を10秒間隔で15分間記録したの数字です。（1段につき90個のデータ）

このデータを使って、サーモロガーが得た熱エネルギー量や熱伝達率を計算することは可能でしょうか？

参考にしている論文では、この温度変化のデータから熱伝達率を計算して、掲載されているのですが、肝心の計算過程は（当たり前ですが）記載されていなのでどのようにして計算しているのかわからずに困っています。

伝熱工学の本やネットでいろいろ調べてはいるのですが、物理ノータッチでここまで来た私には、一人で読み解くのが難しく。。限界を感じました。。

各段ごとに入れたサーモロガーが得たエネルギー量に差があるとか、熱伝達率に差があれば、実際に食材を入れて焼く前に焼きムラができるポイントを予測できるのではないかと思い実験を進めています。
相談している先生もいますが、内容が高次すぎて、あまり詳しく教えてもらえません。(笑）

拙い説明で申し訳ありませんが、わかる方がいらっしゃればご教授お願いします。

回答No.4

sat000 · ベストアンサー

ホットケーキの生地というと、半液状のものということですか？
私がダミー試料と書いたのは、固体です。固体の中に熱電対を挿し込んで温度を測るという意味で書きました。挿し込む理由は、熱電対が直接ヒーターからの輻射を見ないようにするためです。

> 後者は生地
ロガーを完全に生地に埋没させて温度センサーが生地からの伝熱だけを拾うようにセットアップしたのなら、そうである可能性はありますが、ヒーターからの輻射が生地を透過しないことが前提となります。

お使いになっているロガーはセンサーと一体型のものですか。もう少し本気を出して、ダミー試料に挿した熱電対を開発中のオーブンの外に引き出して、多チャンネルデータロガーに接続して測ることはできませんか。そうすれば、温度分布がダイレクトに温度ムラを反映するはずです。今は多チャンネルでも20～30万くらいで買えるものが出ていた気がします。熱電対は別売りですが、熱電対もKくらいなら安いですよ。
なぜエネルギー(J)にこだわるのかちょっと分かりかねますが、必要なのは温度分布なのではないでしょうか。色々考えて変換して温度を求めるよりも、直接温度を測った方が精度が出ます。

補足

回答ありがとうございました。
ホットケーキの生地は半液状のものです。
使用しているロガーはボタン電池型の生地に埋め込めるタイプを使用しています。
http://www.kn-labs.com/spthermochron.htm

エネルギーを使用した方がよいと考えた理由は、ある一時点での到達温度を見るのではなく、一定時間にどれだけの熱量を得たかを知りたかったからです。焼きが甘いところとよく焼けているところは、一定時間に受け取っている熱量が異なるのではないかと考えてエネルギーにこだわっていました。
しかし温度分布を使っても、5分後の焼き色、10分後の焼き色と経時的に見ていけば、結果がわかるのかなと思いました。

回答No.3

lumiheart

恐らくですが計測したのは炉内温度のバラツキ或いは分布であって
熱量じゃあないと思う
https://www.keyence.co.jp/ss/products/recorder/lab/thermometry/applications.jsp
http://www.mseng.co.jp/new/ja/products/others/msc300u.html
http://www.hakko.co.jp/expe/expe0601.html

お礼

回答ありがとうございました。
確かに、鉄板において測定したといえども、炉内温度ですね。。

参考になるリンクありがとうございます。

回答No.2

sat000

> サーモロガーが得た熱エネルギー量
データロガーを加熱対象とみなすということでしょうか。
焼きむらを減らしたいのであれば、ダミーの材料(熱拡散係数が想定する対象物となるべく近いものの方がベター)をオーブンに入れて、その材料の中に熱電対でも挿して温度を測った方が直接的なデータを取得できる気がしますが、どうでしょうか。

データロガーを加熱対象とみなす場合は、エイヤーですが、ロガーの熱容量(定圧比熱Cp(次元は J/(kg K) )に質量(kg)をかけたもの、次元はJ/K)に到達温度と初期温度の差をかければ、一応Jになりますが、定常状態の到達温度でないとこの方式は使えないです。それに、まあ本当にエイヤーなのでオーダーくらいしか合わないかもしれません。
熱伝達率は加熱の状況や加熱対象の形状によって値が結構変わるので個人的にはあまりお勧めしません。
きちんと計算するには、熱対流が存在するので、数値解析かなと思います。

補足

回答ありがとうございました。

鉄板に直接ロガーを置いた場合と、加熱した時のデータとホットケーキの生地を鉄板に流し入れ、その中にデータロガーを入れて加熱した場合で実験しました。
加熱対象は、前者はデータロガー、後者は生地になるでしょうか。
生地を入れた場合のデータを使って熱容量の方式は使えるのでしょうか。

生地を入れない場合と入れた場合の熱伝達率に法則性が見いだせないかなと思ったのですが、形状によって値が変わるのであれば、生地の配合や状態によっても変わってくるということですよね。

回答No.1

as9

>内容が高次すぎて、あまり詳しく教えてもらえません。
質問しないからです.理解不能だと言っていますか?
かみ砕いて説明してくださいと要望していますか?
理解できないのに,わかった風な顔をしていませんか?
先生は,あなたが理解しているものだと思っているのではありませんか?

お礼

回答ありがとうございました。
質問するにもどれをどう質問してよいかわからず、温度から熱量って求められるものなのかなと疑問に思ってこちらに質問してみました。