配管を流れる空気の熱損失について（対流伝熱）教え…

質問

配管を流れる空気の熱損失について（対流伝熱）教えて下さい

初めまして、初めて利用させて頂きます。
私の設計しているチャンバで、外部との接触部は断熱が弱く
その外気の影響を受ける部分を制御された冷気を
吹き付けることで対応しています。
制御された冷気は、φ4mm内径2mmのテフロンチューブ内を空気としてチャンバ内を流れます。
チャンバ内はー40℃に冷やされています。
冷気はー60℃に制御しても、200mmの配管と先端の金属ノズル（φ10mm　内径1.5mm　アルミ　長さ10mm）
で熱損失が発生し、-60℃のエアーが出てきません。
何度のエアーが出てくるか計算したいのですが、計算方法を教えて頂けないでしょうか。
実験では、先端の金属部での熱損失が非常に大きいです。

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

適用材料（断熱材，配管）等の物理定数がわからないので，計算方法の例
を示しておきます。提示した式は定常状態を想定しているので，簡単なモデル化をして計算する必要があるかも知れません。

参考URL：

http://ebw.eng-book.com/heishin/HeatTransferCalculation_tube_q_calculation.do?category=tube_q

お礼

ご回答ありがとうございました。
まずは。計算してみます。
本当に感謝しています。

回答No.3

noname#230359

何回読んでも難解です。内容が理解できません。

先ず、貴殿が設計しているチャンバーがある。
それは、断熱性が弱く、それを補うために冷気を吹き付けて断熱性を
アップさせている。
次に、その冷気は、外径φ4mm×内径φ2mmのテフロンチューブを通り
成分は空気です。そして、チャンバー内の温度は-40℃です。
最後に、冷気を-60℃に制御して、長さ200mmのテフロンチューブを通し
先端金属ノズルから放出する空気が-60℃にならない。
何度の空気がノズルから出てくるか、計算で求めたい。
そして、冷気放出量は40nl/min（ノルマルリットル/min）
の内容でしょうか？

さて、40nl/minを外径φ4mm×内径φ2mmのテフロンチューブで圧送なら
流量；40nl/min ⇒ 40,000,000mm3/min ⇒ 666,000mm3/sec
φ2mmの断面積；π/4×φ2mm×φ2mm ≒ 3.14mm2　の条件にて、
流速は、流量（666,000mm3/sec）÷φ2mm断面積（3.14mm2）
≒ 212,000mm/sec ⇒ 212m/secとなります。？？？

結論から云いますと、計算より温度計で測定した方が良いでしょう。
また、金属ノズルも外径部と内径部（噴出し冷気と同じ温度）も。
多分、冷気がチャンバー周辺部分に留まっていない（冷気は重くて
下へ下へ流れていく）事が原因と思います。

それと、流量は、外径φ4mm×内径φ2mmのテフロンチューブが
何本が使用している総和でしょう。
回答（１）さんが、勘違いするのも、納得がいきます。

お礼

回答有難うございました
ちょっと計算は難しいとのことなので諦めます。
色々有難うございました。
上記内容で補足説明をさせてもらいますと、チャンバは断熱性には問題なく、外部と繋がっている測定部はどうしても熱が逃げるので、冷気で熱の損失を補っています。
流量は通常の流量に換算すると8　l/minです。

回答No.1

noname#230359

具体的な数値で計算してみたいので，チューブに流れる流量を教えて頂けないでしょうか。計算のために仮に決めた数値でも結構です。

＞流量は40nl/min
単位はnl（ナノリットル）で宜しいでしょうか？
ml（ミリリットル）のタイプミスではありませんか？

お礼

早速のご回答感謝致します。
流量は40nl/minです
宜しくお願い申し上げます

申し訳ありません。
4kgf/cm2の圧縮空気での　４０ノーマルリットル（標準圧力）/minです。