熱交換について

質問

熱交換について教えてください。
ステンレス鋼の鋼材（ブロック状）に穴を貫通させ
その穴に蒸気又はお湯を通してステンレス鋼を
25℃→70℃（10分）まで熱したいと考えています。
ステンレス鋼の熱量
ステンレスの重量 約1200kg 比熱 0.118kcal/kg・℃として
kcal = 比熱×重量×温度差×60/10
= 0.118×1200×45×60/10
= 38232 kcal

蒸気の熱量　540kcal/kg
蒸気が 100℃→70℃になるとして
　　　540kcal+(100-70)=570kcal/kg

38232kcal になる蒸気量は
38232/570=67kg
100℃の蒸気67kg の熱量をステンレス鋼に供給すれば
いいと考えています。（ネットで調べたので自信はあまりありません）
さしあたっての問題は蒸気をステンレス鋼の内部を通した場合の熱伝導率（？）
及び接触面積（表面積）の関係があると思いますが、その辺が特にわかりません。
感覚的にいくら大きな熱量を供給しても、供給する面積が狭いと熱せられない気がします。
また、蒸気（お湯）とステンレス鋼の相性（熱伝導率）もあると思います。
車のラジエーターで、ラジエーター自身が熱くなるとうだと思いますので、
よろしくお願い致します。

回答No.1

noname#230359

この質問は、たいへん、惜しいところまできています。
求める温度差、エネルギー量まで計算されていて、移動するエネルギー量がわからないと言う質問と理解します。

ヒントを申し上げます。
ステンレス鋼、水蒸気の熱伝導率はどのくらいでしょう。
流体の熱伝導を考える場合は、「熱伝導率」とは別に「熱伝達率」「熱貫流率」という単語が重要となります。
文献で調べてみてください。（熱計算を扱っている工学書であれば、たいてい出ています）

熱伝導計算は、考えようによっては大変単純で、

通過(移動)熱量=温度差×接触面積／熱伝導に対する抵抗
で、ほとんど理解できます。（赤外放射についてはまた別）

問題は「熱伝導に対する抵抗」の部分で、材質、状況により多種多様になります。

また、計算で答えがでても、たいていの場合実際と大きく異なります。アドバイスにはなりませんが、トライアンドエラーとなる覚悟は必要です。

しかし、自分自身を守るためにも理論武装は必要ですので、もう少し勉強しましょう。

お礼

ありがとう、ございます。もう少し頑張ってみます。