放熱

質問

いつも勉強させてもらっています。
ご教授願いたいことは、ステンレスの筒の中を115℃の熱風がおよそ400m3／hで流れていた場合に、放熱によってステンレスの内面と外面はどの程度温まるのでしょうか？
ステンレスの筒は、厚さ1.5mm×外形100mm×長さ300mm程度の長方体で、外面は大気に触れている状態なので、周りの温度は季節によって変わってしまいます。
参考となるサイトでも、計算式でも構いませんのでよろしくお願いします。

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

伝熱工学の教科書に練習問題として乗っています。

まずは単位長さあたりのパイプの熱通過量：Qを求めます。

h1：パイプ内面の熱伝達率　h2：パイプ外面の熱伝達率
θ1：内部温度　θ2：外部温度　λ：パイプの熱伝導率
φ1：パイプ内径(直径)　φ2：パイプ外径

Q=π(θ1-θ2)／〔(1/H1φ1)+{(1/2λ)*ln(φ2/φ1)}+1/ｈ2φ2〕

ここで、パイプの熱通過量：Qは、「パイプ内→パイプ内壁への熱伝達量」、「パイプ外壁→外への熱伝達量」と等しいことから、
パイプ内面温度：θin
パイプ外面温度：θoutとすると

Q=πφ1h1(θ1-θin)=πφ2h2(θ2-θout)

よりパイプ内面温度、外面温度が計算できます。

パラメーターですが、
・h2：200℃くらいだと、10～15[W/?K]程度で良いかと。パイプが鏡面なら少なめに、塗装などしてあるなら多めに設定すること。また、回答(1)さんのおっしゃるとおり垂直に置くより水平のほうが熱損失は大きいです。
・λ：SUSの場合16[W/mK]
・h1：空気の強制対流熱伝達（流れのある場合の熱伝達率）は10～90[W/?K]くらいです。計算は非常にめんどうくさいので参考URLを添付しておきます。（3）熱伝達率の項を参照してください。流体のレイノルズ数、プラントル数などのパラメーターから求めることになります。

注意点としては、
・本式は放射による熱損失の影響を無視しているため、ｈ2にその分を考慮しなければならない。(上の値は大体考慮してあります)
・実際は流体温度もパイプ温度も流れ方向に沿って低下するが、本式は「管内の温度一定」という仮定で計算される。
・一応以上で計算もできないことは無いですが、パラメーターの不確かさが大きいので、労力に見合う結果としては、「はじめのうちは計算するより試験して確認したほうがいい」というのが結論です。試験しながらパラメーターを蓄積していけば精度よい計算も可能になります。

参考URL：

http://www.kagaku.info/faq/valve021203/valve01.htm

お礼

注意点まで書いて頂きありがとうございました。早速計算での値を出してみたいと思います。伝熱工学の勉強の必要性も感じました。。

回答No.1

noname#230359

放熱量は輻射と対流とによる熱損の合計で求められますが、このうちの
対流による熱損はステンレス筒が水平に置かれているか、あるいは垂直で
あるかによって熱損量が約倍半分も異なります。計算はかなり複雑・煩瑣で
精度良く演算するためには習熟度が必要でしょう。提示の数値が流量なのか
流速なのかも判断に迷うところです。整理して再提示されないとアドバイスを得ることが難しいかもしれません。

お礼

アドバイスありがとうございました。まだまだ勉強不足と条件提示の不足がありました。再度、検討したいと思います。