鉄鋼材の冷却について

質問

焼き戻ししたステンレス材が完全に冷えるまでの中心と表面の温度-時間変化について教えてください。

250℃まで加熱したステンレス立方体20x20x20cmを25℃環境に放置した場合に、
25℃まで冷えるまでの温度-時間変化を計算する方法はありますでしょうか？
また、表面と中心部でどのくらい冷却速度に差があるのかも計算することは可能でしょうか？

回答No.4

ohkawa3 · ベストアンサー

冷却開始後30分（1800秒）のグラフを提示します。
回路シミュレータを使って計算している関係で、縦軸の単位がV（ボルト）になっていますが、℃（摂氏°）として読んでください。
3本のカーブのうち一番上の青紫が中心部、一番下の黄緑が表面を代表しています。
この計算は、表面と内部が完全に250℃の等温状態から冷却を開始していますが、現実にこの通り等温状態からスタートできるとは限りませんので、特別な条件下の計算例と捉えて頂ければと思います。

回答No.3

ohkawa3

回答(2)再出
10時間経過後であれば、SUS材の内部の温度差は無視してもよさそうに思います。と回答しましたが、念のため、内部についても熱抵抗、熱容量に分解して等価回路を組み立てて温度差を試算してみました。この結果、10時間経過後の中心部と表面の温度差は0.2℃以下でした。
因みに、初期には5℃程度の差異が生じるようです。

お礼

ご回答ありがとうございます。
回答についてご質問させてください。

初期とは１時間程度のイメージでしょうか？
10分後では中心と内部でどれくらいの温度差か
教えていただくことは可能でしょうか？

回答No.2

ohkawa3

https://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01050.htm のサイトに掲載されている「物体表面からの熱損失」に表面積：0.2m^2、物体表面の温度：250℃、雰囲気の温度：25℃を代入して、熱損失を求めた値に基づいて、温度差が低下するに従い熱損失が低減することを考慮して計算した値をグラフで提示します。36000秒（約10時間）かかって約30℃まで低下すると予測されます。
空気の熱伝達に比べてSUS材の熱伝導は桁違いに大きいので、10時間経過後であれば、SUS材の内部の温度差は無視してもよさそうに思います。

回答No.1

tetsumyi

25℃環境に放置して25℃まで冷えるには理論上は無限の時間が必要です。
近付くけどいつまで経っても２５℃にはなりません。
現実には部屋の空気の流れ、上昇気流がどの程度起きるかで変ってきますから、計算できたとしても予想通りにはなりませんから測定して対応する事になります。

補足

25℃までというとおっしゃる通りかと思います。
実測の前の検討として理論計算の方法がないか模索しておりました。
仮に100℃までであれば計算可能なのでしょうか？
その計算方法をご存じでしたら教えていただきたいです。