熱容量とガス流速の依存性

質問

『学生実験より』

粒子を充填した充填層にヒータ棒を差し込み、
下からガスを送り込み流動状態にして加熱しました。
流速は80,100,120[l/min]の３種類です。
それぞれの伝熱係数ｈは126,250,346程度で、
時定数τは0.98,0.667,0.543になりました。
Ｖｈ・ρｈ・ｃｈ＝Ａｈ・ｈ・τ　
Ａｈ＝0.00824[ｍ^2]で、左辺がヒータの熱容量[Ｊ／Ｋ]
右辺を計算すると1.28,1.36,1.44でして、
ヒータ熱容量(左辺)はガス流速に無関係であるはずが、
ガス流速に依存するという結果になりました。
これは何故なのでしょうか？
ガス流速によって伝熱係数が変わったからですか？

また、伝熱係数に影響を与える物理的因子についても
いくつかあるそうですが、どのようなものがありますか？

回答No.4

0shiete · ベストアンサー

補足ありがとうございます。

ｈ＝ＶＡ／（Ａh・ΔＴ(∞)）

は正しいと思います。次にわからないのは、
Ｖｈ・ρｈ・ｃｈ＝Ａｈ・ｈ・τ
です。左はヒータ熱容量（ヒータを断熱状態で1[K]あげるのに必要な熱量[J]） 右は時定数だけの時間[s]にヒータから粒子充填層に伝わる熱量[J]
で単位はあっています。しかし、異なる意味あいのものがイコールで結ばれている気がするのですが、いかがでしょうか？

上記の私の意見が間違っているとすると、熱容量が異なってしまったのは実験誤差でしょうか。

回答No.3

0shiete

>また、伝熱係数に影響を与える物理的因子についても
>いくつかあるそうですが、どのようなものがありますか？

この文章にありますように、おそらく、この実験は
「伝熱係数は流速に依存する。これをふまえ、
その他の因子としてどんなものがあるか、考察せよ」
という意図だと思うのですが、いかがでしょうか？

>それぞれの伝熱係数ｈは126,250,346程度で

この伝熱係数hはどのようにして、計算されたのですか？

補足

ｈ＝ＶＡ／（Ａh・ΔＴ(∞)）

Ｖ：ヒータに接続の電圧計の読み
Ａ：電流計の読み
Ａｈ＝0.00824[ｍ^2]
ΔＴ(∞)＝Ｔｈ(∞)－Ｔｆ
Ｔｈ(∞)：定常状態におけるヒータ表面温度
Ｔｆ：粒子層温度

回答No.2

0shiete

ヒータ熱容量というのは定数ではないのでしょうか？
熱容量が変化するような設備になっているのですか？

また、熱伝達率hは流速に依存します。

補足

熱容量は、計算したら変化していましたとしか言えません。
私自身、ヒータを使った実験は経験がありませんし、
熱云々という授業も余り受けていないので・・・。

判ることは、熱伝達率ｈが増加すると
ヒータ熱容量を表す式の値が増加するということです。

回答No.1

a0123456789

ご質問の内容には色々と不明点があります。
まず、熱伝達係数ｈですがこれはどこからどこへの熱伝達係数ですか？
通常は固体と流体の間の熱伝導を求めるのに実験的又は経験的に、次式より求めると思いますが...
Q=H(T1－T2)　　Q：熱量、H：熱伝達係数、T1：固体の温度、T2:流体の温度

後、示されている式　Ｖｈ・ρｈ・ｃｈ＝Ａｈ・ｈ・τの　Ｖｈ、ρｈ、ｃｈ、Ａｈは難なんでしょうか？

また、ヒータ熱容量(左辺)はガス流速に無関係であるはずとのことですが、ヒータの温度は一定なのですか？(若干の差はあれ、比熱は温度に影響されます)
文書から深読みするとヒーターは一定電力で加熱しており、ヒーターの発熱量が一定のはずと云いたいような気もしますが....
ヒーターの発熱量が一定の場合、流速が変ると熱の奪われ方も変り、当然ヒーターの温度も変りますから熱伝達係数も変るはずです。

不明点がいっぱいあります。できるだけ詳しく内容を示してください。

補足

> 熱伝達係数ｈですがこれはどこからどこへの熱伝達係数ですか？
　恐らく、ヒータから粒子層外郭への伝熱係数だと思います。
> ヒータの温度は一定なのですか？
　一定です、ヒータ温度と外郭温度を同じにするまで測定し、
　そのご冷めるまで測定しました。

ヒータは６０Ｖ、８１Ωで加熱していますが、
お尋ねのＶｈなどは数値を代入することも無く、
説明文もないので判りません。

『ヒータ温度の動特性』というタイトルの実験ですが、
結局何がやりたかったのか判らなかったのが本音です。