鉄の加熱時間と伝熱・伝導について

お礼

2009/03/18 12:48

詳しい解説まで頂き、大変感謝致します。
今まで感覚的に扱ってきた部分なのですが、理論的に導き出す方法
があるのですね。感動しています。
　内容を細かく確認させて頂きました。なるほどと思うばかりです。

その中で数点もしよろしければ、追加で教えて頂きたいのですが、
?熱伝達係数　29ｗ/?･k　は放射率等から算出した値なのでしょうか？
　それとも既知の数値として一般的に公表されているものなのでしょうか？

?＞τは熱時定数（ｓ）・・・・上記の例では，１５５０（ｓ）ほどです。
　　とありますが、１５５０(s)はどこから出てきたのでしょうか？

?　3100(s)の算出は　温度上昇=780ｋ×（1-e^(-3100/1550))=780k×0.86＝674ｋ
　　で狙い温度700℃近辺になるのでという事なので導き出したのでしょうか
？

詳しい説明　ありがとうございます。
考え方としては　（言葉の表現は素人なので、小生なりの表現を使った部分
があります。）
?加熱物への伝熱量＝熱伝達係数×表面積×温度差

?加熱物への必要な熱量＝重量×比熱

?伝熱量÷必要な熱量＝温度変化率(K/s)

?温度差÷温度変化率＝加熱必要時間

しかし、目標温度に近ずくと温度変化率が小さくなる為、?の加熱必要時間
は実際より短い時間になっているので

?温度上昇＝初期温度差×（1-e(-t/τ))
　　温度上昇:加熱物到達温度－ｽﾀｰﾄ温度
　　初期温度差:被加熱物－ｽﾀｰﾄ温度
ｔ:経過時間
　τ:熱時定数（温度差÷温度変化率）
　　　　　　　もしくは（必要な熱量÷入熱量(=熱伝達係数×表面積))

　例　800℃-20℃＝(700℃-20℃）×（1-e^a) 　a=-t/τ
　　　780℃＝680℃×（1-e^a)
e^a＝-（10/68）
　　　　を求めるという流れで理解しました。

　今回は加熱炉を想定しての計算でしたが、炉壁温度、雰囲気温度は
熱電対で700℃と設定しています。だから小生が考えるに加熱バーナー
温度が雰囲気の対流伝熱により被加熱物に伝わり温度が目的の温度に
達すると考えて
　加熱物温(バーナー温度)とし被加熱物温(鉄の温度)と想定して考えれば
いいのかなと思いました。

　同じようなケースなのですが、1000?の鉄を20m^3の容積炉に入れて
加熱した場合、目的温度600℃に到達する為の時間を求める考え方について
小生なりに考えてみました。
鉄比熱　0.14kcal/kg･℃　　空気比熱　0.314kcal/Nm^3･℃
バーナーの熱量　10万kcal/h
Q1(バーナーの熱量)＝Q2(鉄の必要熱量）+Q3(空気の必要熱量)
10万kcal/h×t＝1000?×0.14kcal/?･℃×(600-20℃)+20m^3×0.314kcal/Nm^3･℃×(600-20℃)
ｔ＝0.85h(≒50分)

　といった具合の考え方でよかったでしょうか？
単位換算とか似たような用語が出てくるので理解に苦しむ部分とかありますが
非常に興味深い技術分野ですね。非常に勉強になります。

質問者