• ベストアンサー

そうりゅう乱流自然対流強制対流 熱伝達率温度伝導率

層流と乱流と自然対流と強制対流の違い教えてください。何言ってるかわかりません。 層流は流れが揃っている。 乱流は流れが乱れている。 自然対流は温度差で流れが作られる。 強制対流はポンプで強制機的に流れを作る 、、でしたっけ? 層流でも自然対流や強制対流の時があるんですか? 乱流でも自然対流と強制対流の時があるんですか? 層流のヌセルトとか乱流のヌセルトとか自然対流のヌセルトとか強制対流のヌセルトとか4パターンで把握するんですか? 他にも無次元数沢山あるけどこれも4パターンで? なんかおかしくないですか?流れが整ってるか乱れてるかの2パターンしかない気がしますが、、 またヌセルト数=αD/λ α 熱伝達率 D配管直径 λ熱伝導率 ってのありますよね?これは?上記4パターンどの時にも通用するんですか? また、熱伝達率で思い出したんですが、、 熱伝達率とは温度伝導率熱拡散率なんですか? 記号が同じαだから同じと思ってます、、 調べると違う感じがしますが、、

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • ohkawa3
  • ベストアンサー率59% (1339/2254)
回答No.1

熱交換器の設計を行うような精密な数値計算を行いたいのか、放熱現象についてざっくりと当たりを付けたいのかによって取り組みが異なると思います。 精密な数値計算まで踏み込みたくない一般的な場合は、ヌセルト数を扱うことを避けていると思います。 流速が速い場合は乱流が生じて、層流の場合に比べて熱伝達係数が大きくなる。流速が遅い場合は、乱流が生じないので熱伝達係数は小さいといったように、流速に応じて熱伝達係数が変化する程度に把握している場合が多いと思います。 ご指摘のように関連するパラメータが多いので、場合分けしようとすると、組み合わせの数が多くなって、始末が悪くなります。 試作品が準備できる状況であれば、実験的なデータを用いて製品設計を行うことが多いように想像します。 とはいっても、原子力発電用の熱交換器と、家庭用の電気ポットを同列の設計手順で行うことはできませんから、アプリケーションに応じて使い分けるということになると思います。

関連するQ&A

  • 伝熱工学(対流熱伝達)について

    伝熱工学(対流熱伝達)についての質問です。 理由とともに解答を教えていただけると幸いです。 よろしくお願いします。 加熱平板からの強制対流熱伝達について 平板先端からの距離が大きくなるにつれて層流温度境界層は厚くなり、境界層内の温度勾配が小さくなることから、熱伝達率は低下する。さらに下流にいくと乱れは乱流に遷移し、境界層内の厚さは急激に増加し乱流熱伝達率は( (1) )。 これは、乱流熱伝達における熱抵抗は主に壁面近傍に形成される薄い( (2) )に起因するためである。 上記に対する答えとして、(1)大きくなる (2)はく離域 で正しいでしょうか? (1)に対する答えの候補としては他に<小さくなる、変わらない> (2)に対する答えの候補として他に<粘性底層、遷移層、完全乱流域> があります。 流体に関しての知識が乏しいので、回答いただけると幸いです。

  • 配管内の熱伝達率

    配管内を流れる油と壁面の熱伝達率は、層流と乱流でつがいますよね。層流の時の熱伝達率についての質問です。 例えば、 ・直径D:40mm ・流速v:2.65m/s ・密度ρ:873kg/m3 ・粘度μ:0.14Pa.s ・熱伝導率λ:0.134W/m/K(通常の潤滑油です) とします。このとき、  Re=v・D/(μ/ρ)=658 なので、完全な層流ですね。 物の本によれば、 Nu≒4で、このとき、熱伝達率hは、  h=λ・Nu/D=13.4W/m/K となってしまいます。これは、静止した空気の熱伝達率(≒5W/m/K)とあまり変りませんよね。素人的にはまがりなりにも2m/sオーダで流れている油と自然対流の空気がこの程度しか変らないのがどうも納得いきません。 というのも、昔、ある人から、「液体と気体は熱伝達率が全然違うから、100℃のサウナには入れるけど、100℃のお風呂には入れないんだよ」と聞かされ、なるほどなぁと納得したのですが、感覚が合いません。 どなたか、これが正しいのかどうかご教示ください。宜しくお願い致します。

  • 熱伝達率の測定

    強制対流および自然対流の熱伝達率の測定方法を教えてください。 例えば、冷蔵庫の庫内で、ファンの風が直接あたるところ、あたらないところ。 単純に、あるポイントで、熱伝導による伝熱量と熱伝達率による伝熱量は等しいことから、熱伝導率とその距離、温度差がわかれば、熱伝達率を間接的に求めることができる、この求め方でよいのでしょうか。 q=hΔt q=(λ/d)Δt' h=(λ/d)*(Δt'/Δt) CAEを用いる方法もありますが、実機評価での検証がひつようですので、実機評価での熱伝導率の確認方法を教えてください。

  • 自然対流中の熱伝達について

    自然対流の中における、熱伝達率の求め方についての質問です。 自然対流となる状況に、円柱が縦方向に吊り下げられており、円柱の中心には一定の発熱をする円柱のヒーターが入っているとします。 計算でこのときの円柱の定常状態を知りたいのですが 熱伝達率を計算するときに Wikipedia(https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E4%BC%9D%E9%81%94%E7%8E%87) をはじめとするさまざまな文献には、 熱せられている板の上面でのヌセルト数は Nu=0.54(Pr・Gr)^0.25 で熱せられている板の下面でのヌセルト数は Nu=0.27(Pr・Gr)^0.25 とあります。 このとき、 ”これらの実験式を用いる場合、物性値は膜温度(壁面温度と無限遠の流体温度の平均)を用いる。” とあります。 熱伝達率hは h=(Nu・k)/L k:空気の熱伝導率 L:代表長さ であるため、上面のほうが多く熱が逃げると考えられます。 しかし、実際に中にヒーターを入れた円柱をたてに吊るして温度を測定すると、 下面より上面のほうが温度が高くなっています。 「円柱が熱せられることで上昇気流が生じ、熱せられた空気が上面近傍には存在しているので、 上面のほうが温度が高い」 と感覚的には思うのですが、上記の式および注記によれば、近傍の流体の温度は関係なく、 物質の温度と無限円の流体の温度のみが効いてくるため、この感覚とずれますし、測定結果ともずれるように思えます。 円柱のようなものの上面、下面に平板の式を当てはめるのが間違っているのでしょうか? それともほかに何か見落としている条件があるのでしょうか? ご回答、よろしくお願いいたします。

  • 対流伝達率の求め方

    御指導願います。熱伝導解析を行いたいのですが、知識不足で困っています。 対流伝達率について求め方を教えてください。 また、良い参考書籍がございましたらお聞かせ願います。

  • 層流の平均熱伝達率,平均ヌセルト数の求め方

    すいません,情報が足りなかったので訂正します. ・形状は円管内 ・液体の層流 ・単相 ・壁面温度一定 ・流量一定(強制対流実験) この条件で熱輸送を評価するために,平均熱伝達率か平均ヌセルト数を求めたいのですが,入口温度と出口温度を測ってそれで平均熱伝達率か平均ヌセルト数を求めることは出来ますか? 出来れば,その式を教えてください. 条件で色々と式が変わってしまうので困っています. よろしくお願いします.

  • 熱伝達率と物性の関係

    いつもお世話になっております。 今、円柱に温風が流れている系の円柱の温度変化、円柱通過後の温風の温度変化を勉強しております。 そこで、熱伝達率を求め、移動する熱量からそれぞれの温度変化を求めようと思いました。 参考書で調べると、熱伝達率の求め方として強制対流熱伝達のMcAdamsの実験式を見つけました。 Nu = αd/λ = c(ud/ν)^n*Pr^(1/3) これによると、熱伝達率は両物体間の算術平均温度における温風の物性と流速、円柱のサイズによって与えられることがわかりました。 ここで、直感的に円柱の熱伝導率等の物性は必要ないのか?と疑問に思いました。 なぜ、円柱の物性は必要ないのか、御教授いただけませんでしょうか。 よろしくお願い申し上げます。

  • 熱伝導率と熱伝達率

    熱伝導率と熱伝達率の違いをネットで調べたところ、 熱伝導率は物性値で、熱伝達率は物性値ではない、という記載を見つけました。 熱伝達率は周囲環境に依存するとありました。 すると、何の条件も示さずに、単に物質の一般的性質を表す場合に、 「この物質の熱伝達率は○○です。」と書くのは、間違っているのでしょうか?

  • 熱伝導率の単位について

     熱伝導率の単位(W/(m・K))が理解できません。この単位から「温度差が大きい程そして距離が大きい程、熱伝達率が大きくなる」と思えるのです。温度差が大きい程熱伝達率が大きくなることは理解できるのですが、距離が大きい程熱伝達率が大きくなることは実際の自然現象と矛盾すると思うのです。実際には距離が大きい程熱伝達率は小さくなると思います。  この熱伝導率の単位(W/(m・K))をどう理解すればよろしいのでしょうか?どなたかアドバイスの程よろしくお願い致します。

  • 熱伝導率

    固体の熱伝導率の測定方法についてはいろいろとあり,測定方法も納得がいく物なのですが,気体や液体などは,はかりたい物質そのものに熱を加えてしまうと測定対象の系のなかで温度勾配を生じてしまい対流が起こってしまうと思います. そこで,この様な弱点を克服するような測定方法,または,これが気体・液体の熱伝導率の測定方法だっというものをご存じの方がいらっしゃいましたら,ご教授ねがいます.