熱流束?

質問

前回と同様になるのですが伝熱解析についてお聞き致します。前回の解析前に熱流束値を予め予想するにはどのような計算により予測すれば良いか？と言うことでした。電解系と同様にI＝K×（V/L）I：電流分布　K：比電導度　V:全電圧　L：極間距離 と考えるのは正しいとご返答頂きました。
そこで今回はまず?単位について?要素毎ごとの熱流束値を手計算算出する事は可能であるか（勿論極端に簡単なモデルについて）です。
?についてはNASTRANのテキストによればインプット項目の単位系はそろえると示してあります。温度を℃にてインプットして出される単位はＷ/ｍ2 （or Btu/hft2 or cal/m2）と考えてよいのでしょうか？そうならば要素で熱流束値を見た時その値はその要素での熱流束値がｍ2毎に変換されていると考えていいのでしょうか？そうではなく要素面積当たりの値と考えれば良いのでしょうか？自分の中で単位の事が整理されていない気がします・・。単位系について詳しくお話いただきたいと思います。?についてはおおよその値は前回質問で解決すれば良いのですがもっと細かく手計算で出したいという事です・・。まあこんな事をするのは
解析ソフトを用いる意味が無くなるとも思うのですが・・・。少し分けありで・・・。
アドバイスの方宜しくお願い申し上げます。

回答No.3

noname#230359

亀さん，おはようございます。
またまた，課題提起かと少し不安でしたが，諦めて（？）いただいたようでホッとしています。

　少し書き足りなかったのですが，解析ソフトは完璧ではありません。実際と異なる結果になることもあります。大切なことは，使用者が使用するソフトの特徴を把握して使用することにあると思います。このあたりの話が次のＵＲＬに少し載っていますので，参照してください。

http://home.cilas.net/~tagami/a_bbs/cbbs.cgi?mode=res&namber=495&page=10&no=0

お礼

おはようございます。今回の答えで添付下さったURLも参考にこれから閲覧させて頂く事にします。諦めたわけではありませんがヒントを多く得られたので色々と自分なりに試してみます！（笑）ありがとうございます。

回答No.2

noname#230359

＞私の言う『要素』についてですが、アウトプット（熱流束値）を見る時に要素毎で見ているという事です・・。熱流束は単位面積当たりの値なので体積や面積を持たない節点のアウトプットを見るのは適切ではない・・、と判断しています・・。わかって下さいますでしょうか？

　伝熱解析ソフトを使った経験はありません。どなたか，経験者が回答してくれるといいのですが。

　節点に熱流束を適用するのは疑問です。確かに，熱流束は単位面積当たりで考えるからです。熱流束が，はじめにあるのではなく，全熱量がはじめにあって，その全熱量を実用上，熱流束という概念で定義して利用しています。（力学で，力のほかに圧力で定義しているのも同様です。）

　結果を評価する場合，節点近傍の熱流束から判断して無視できないでしょうか？　熱は高温から低温に流れます（熱力学第二法則だったと思います）。つまり，熱は，熱流束が大きいところから小さいところへ流れます。その途中で，熱流束が突然に大きくなることはありません。

＞定常解析は時間を考慮していないので解析にて算出される熱流束は単位面積当たりのみの通過熱量と考えてよい事になるのでしょうか？
そのとおりです。定常状態は，各部の温度が飽和していますので，熱流束の値は変りません。

＞正直なところ入社してすぐに解析（これまで見た事のない世界！？）を任されている状態です・・・。わが社には解析経験者が居ない為に、結果を評価する力が無い私には非常に苦しい状況です・・。ですが面白みを持って取り組んではいます。

たのもしいです。経験者がいないということは，亀さんが第一人者です。面白みを持ってがんばってください。

お礼

ご返答ありがとうございます。伝熱解析をして行く上での基礎知識を少しずつではありますが、整理できているような気がします。ありがとうございます。また宜しくご指導お願い申し上げます。

回答No.1

noname#230359

亀さんの質問なので，何か答えようと思います。最近，的を外した回答をしっぱなしなので，今回もそんな気がしますが，あしからず。

?について；
恐らく，全熱量（Ｑ）と熱流束（ｑ）と面積（Ａ）の関係と理解します。それぞれの単位は次のとおりです。
　　Ｑ：｛Kcal/h｝，ｑ：｛Kcal/(h・m2)｝Ａ：｛m2｝
　Ｑ＝ｑ・Ａなので，単位だけの計算をすると，
　｛Kcal/h｝＝｛Kcal/(h・m2)｝・｛m2｝＝｛Kcal/h｝…・式Ａ
となり，左辺と右辺の単位が一致します。

　さて，亀さんのいう単位｛W/m2｝を考えてみます。（熱流束は，単位面積・単位時間当たりの通過熱量です。「要素」の具体的意味がよく理解できません。）
1kW＝0.2388Kcal/s＝0.2388x60x60Kcal/h＝860Kcal/h
ゆえに，1Kcal/h＝1/860 kW＝1.16Ｗ…式Ｂ
になります。

　熱解析において，熱伝導率，熱伝達率及び熱通過率の単位が，｛Kcal/h｝系の場合には，上の式Ｂを使って，｛W/m2｝に換算して，インプットする必要があります。
　例えば，熱伝導率λ＝1.0 Kcal/(m・h・℃)の場合，インプットする熱伝導率λ’は，
　　λ’＝1.0 x (1Kcal/h)/(m・℃)＝1.0 x 1.16W/(m・℃)＝1.16W/(m・℃)
になります。

＞・・の要素での熱流束値がｍ2毎に変換されていると考えていいのでしょうか？そうではなく要素面積当たりの値と考えれば良いのでしょうか？
・意味が違うのですか？

?について；
漠然すぎるので，返答のしようがありません。
ひょっとしたら，本サイト質問Ｎｏ．６９６６「熱伝導について」＃７のモータ表面温度の計算例はいかがですか？

補足

yukioさんご返答ありがとうございます！。?の単位についてはとても良くわかりました。私の言う『要素』についてですが、アウトプット（熱流束値）を見る時に要素毎で見ているという事です・・。熱流束は単位面積当たりの値なので体積や面積を持たない節点のアウトプットを見るのは適切ではない・・、と判断しています・・。わかって下さいますでしょうか？?については意味不明な質問で申し訳ありませんでした。再度自分の中で整理してみます。正直なところ入社してすぐに解析（これまで見た事のない世界！？）を任されている状態です・・・。わが社には解析経験者が居ない為に、結果を評価する力が無い私には非常に苦しい状況です・・。ですが面白みを持って取り組んではいます。このサイトを見つけて非常に嬉しく思っています。ありがとうございます！。

度々申し訳ありません・・・。先ほどの補足で書き忘れたのですが、私が行っている解析は『定常伝熱解析』です。定常解析は時間を考慮していないので解析にて算出される熱流束は単位面積当たりのみの通過熱量と考えてよい事になるのでしょうか？わかっていただけるでしょうか？宜しくお願い申し上げます。