ステンレス筒の放熱温度と内外面の温まり方

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。

お礼

2007/03/08 09:41

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。。

質問者