加熱温度、加熱時間の計算式を教えてください。

質問

3.85?（厚み4.5ｍｍ）の平鉄板（SS400、比熱0.11、熱伝達率83.5W／ｍ・K）を冬場を想定して5℃→40℃へ加熱したい。（断熱した箱の中に鉄板を1枚入れ廃ガスを引き込むつもりです）この時、250℃の廃ガスの熱風を利用して、何時間当てていれば40℃まで上昇するるのか、又、鉄板のラインサイクルが30秒なのでサイクル内で加熱しようとすると廃ガスの温度はどこまで必要なのか設計する計算式を教えてください。
宜しくお願いします。

回答No.6

noname#230359

何度か回答書を作成しましたが、操作ミスで本文が削除されました。
本書は簡単にしました。
?貴殿、ガス組成からみて物性値は空気でよいと思います。
　ガス比熱計算は簡単ですがここでの説明は省略します。悪しからず！
　それより、装置昇温熱量＋装置外表面放熱が多きいと考えます。
　当方計算ではこれらを「必要熱量の1.5倍」として計算しています。
?出口ガス温度：Heat Balanceでは40℃が正解です。
　しかし、鉄板温度（40℃）に対して箱内出口ガス温度（40℃）では
　鉄板（40℃）KEEPが困難と考え（50℃）としている。
?加熱必要ガス量Vreq=12.516Nm3、排ガス量Ve=1300Nm3/h=0.3611Nm3/sec
　Vreq÷Ve=35秒となります。
?問題は4.5mm鉄板が35秒（熱伝導率）で昇温するかどうかの検討が必要で
　す。（おおまかな仮定計算になる。）
?、?の検討時に鉄板の表面（裏表？）ガス流速（境膜伝熱係数）が必要に
　　なります。（箱の構造が必要）
?貴殿、「鉄板の熱量計算」間違っています。
　鉄板の熱量（Qｆ）=鉄板重量×鉄比熱×温度差、
　ガス保有熱量（Qv）=ガス量×ガス比熱×ガス温度差
　　Qf=Qvの条件が必要です。
以上

参考URL：

http://www.geocities.jp/qhhgq239/

お礼

ありがとうございます。
度々申し訳ございません。どうしても知りたいので御協力お願いします。
?鉄板の熱量計算」間違い指摘ありがとうございます。伝熱量の計算でした。
　Qf=Qvの条件とは、（鉄板重量×鉄比熱×温度差）＋（ガス量×ガス比熱×ガス温度差）／（鉄板重量×鉄比熱）＋（ガス量×ガス比熱）＝答えの単位は温度℃と言うことになるのでしょうか？
?35秒で昇温するかの検討ですが、仮定計算とは、鉄板の伝熱量？Ｊ／Ｓｅｃ／排ガスの保有熱量Ｊ／Ｓｅｃと言うことになるのでしょうか？?の検討に仮定ですが、鉄板を水平にし、下面よりガス流速３ｍ/Ｓガスを当て箱（鉄板囲い）を９ｍ３、断熱材０．１ｍを貼る。（箱の放熱は別途）排ガス＝空気とみなし、強制対流（ファンで出入）での熱伝達率値およそ２０Ｗ/ｍ２・Ｋ、境膜伝熱係数０．２６（単位はあるのでしょうか？）。あっていますでしょうか？又、この数字をどのように計算するのか教えていただけますか？。

回答No.5

noname#230359

A1）Cp＝０．３１４kcal/Nm3・℃について
　　空気の定圧平均比熱を示し０～２５０℃の平均値です。
　　化学工学＆物性推算等の書籍に記載された値です。
　　又、Webサイトでガス、物性とか空気で検索すれば出てきます。
　　これは実験値等を図表や公式にしています。
　　参考：０～２００℃：０．３１３kcal/Nm3・℃
　　　　　０～３００℃：０．３１５kcal/Nm3・℃
A2）貴殿の通りです。標準状態（０℃）の体積を２５０℃に換算式
A3）当方はこのような各種（プラント）装置（プロセス＆構造）の設計を専門にしている自営業者です。

お礼

丁寧な回答ありがとうございます。
度々申し訳ございません。
自分なりに計算してみました。あっているのか自信が有りませんが・・・
排ガス組成、CO2=10.2,O2=6.8,CO=0.0,N2=83.0,水分量8.4
標準状態の排ガス密度計算 ro=1.29Kg/m３Ｎ、排ガス密度計算(250℃）r=0.67、実際の動圧3.0mmAq、流速計算V＝7.9m/s、湿りガス量＝1420m３N/ｈｒ（ダクト面積0.096?）、乾き排ガス量＝1300m３N/ｈｒ、鉄板の熱量＝83.5w/m・K×3.85?／0.0045t×（250℃－40℃）＝15002166.67J/s＝3583.85Kcal/s。となりました。この数字をどのように使えば良いのでしょうか、教えて頂けますか？

回答No.4

noname#230359

前回の計算間違い（HeatLoss値を採用）
W=3.85×0.0045×7850（鉄の比重：kg/m3）＝136kg
加熱（5→40℃）に必要な熱量Q=W(136kg)×比熱(0.11)×温度差（35℃）＝524Kcal
装置Heat Lossを50%と仮定するとQ=524×1.5=786Kcalとなる。
排ガスを空気とし30秒で加熱に必要なガス量を計算すると、
V=Q/（Cp×Δt）=786/｛0.314kcal/Nm3℃×（250-50）｝=12.516Nm3/30Sec
1時間単位に換算するとV=12.516×（3600/30)=1502Nm3/hrになります。
250℃の排ガス（空気）量　V(atm)＝1502×{(273+250)/273｝=2877m3/hr
になります。（計算には排ガス組成＆量が必要）
尚、実際加熱時間は鉄板の熱伝導率＆排ガスの流れ方（＆ガス流速）で相当変わってきます。上記、計算を参考にして下さい。

お礼

ありがとうございます。
もう少しお付き合いお願いしてもよろしいでしょうか？
Ｃｐ＝0.314kcal/Nm3℃は比熱に何か掛けたものだと思うのですが、0.314の数字はどのような数字で、算出方法を教えてください。
又、V(atm)＝1502×{(273+250)/273｝=2877m3/hrの２７３はケルビン（Ｋ）の数字ですか？

回答No.3

noname#230359

実際の装置設計してみます。
W=3.85×0.0045×7850（鉄の比重：kg/m3）＝136kg
加熱（5→40℃）に必要な熱量Q=W(136kg)×比熱(0.11)×温度差（35℃）＝524Kcal
装置Heat Lossを50%と仮定するとQ=524×1.5=786Kcalとなる。
排ガスを空気とし30秒で加熱に必要なガス量を計算すると、
V=Q/（Cp×Δt）=524/｛0.314kcal/Nm3℃×（250-50）｝=8.344Nm3/30Sec
1時間単位に換算するとV=8.344×（3600/30)=1001Nm3/hrになります。
250℃の排ガス（空気）量　V(atm)＝1001×{(273+250)/273｝=1918m3/hr
になります。（計算には排ガス組成＆量が必要）
尚、実際加熱時間は鉄板の熱伝導率＆排ガスの流れ方（＆ガス流速）で相当変わってきます。上記、計算を参考にして下さい。

回答No.2

noname#230359

以下の資料の熱の項目を参照下さい。類似計算が出ています。
http://www.kdcnet.ac.jp/college/buturi/kougi/buturiko/buturiko.htm
http://laboratory.sub.jp/phy/index.html

お礼

ありがとう御座います。
http://www.kdcnet.ac.jp/college/buturi/kougi/buturiko/buturiko.htm
の方は参考になりました。
http://laboratory.sub.jp/phy/index.htmlの方は私には難しすぎて・・・

回答No.1

noname#230359

平鋼板へ熱がアクセスする面と、排ガスの（循環）速度を確定して、

教本片手に、熱伝達率；83.5W／ｍ・K等の単位をヒントに計算してみて
下さい。
初歩的な内容であり、良い機会なので、自分で計算すると、後でスラスラ
類似内容が計算できます。

その過程で、？？が出てきたら、具体的に問い合わせて下さいな。

回答（2）へ記載の類似計算を確認下さい。

お礼

お礼が遅れて申し訳有りません。
お気使いありがとう御座います。
現在、奮闘中です。ありがとうございました。