熱伝達の数値計算をしたいのですが、境界面での熱伝達係数の取り扱いに困って
います。物質中の伝達係数は、材料定数で決まると思いますが、境界面(例:空気とアルミ)ではどの様にすればいいかお教えください。
(計算式は dT/dt=κ▽2T で計算しようと思っています。
境界面でκをどう設定すれば良いかお教えください。)

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A 回答 (2件)

境界面の熱伝達係数は、物質中の熱伝達(熱伝導率)と違って、アルミの形状(平板・棒、熱源に対してどの位置<上・下など>にあるかなど)や周りの流体(例であると空気)の流速(自然対流・強制対流)などによって、様々な値をとります。

そのため、状況に応じた様々な半経験・半理論式が存在します。私もこのあたりに関しては、それほど詳しくないためこれ以上の説明ができません。参照できる値としては、丸善からの「伝熱工学資料」や日本機械学会の論文などを参照にしてはいかがでしょうか?
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伝熱には.大きく分けて4種類(?)


分子・原子の振動が隣接する分子等で伝わる場合 伝導
光子がぶつかり伝わる場合 輻射
物質が移動する場合 拡散・対流
忘れた
があります。住宅では.これらをひとまとめにした総括でんねつ係数を
使いますが.各種条件(方向・地域・季節)がわからないと.どの場合の総括でんねつ係数を使ってよいのやらわかりません。
教育ということでしたならば.高等学校教科書化学工業のどこかにかかれています。それ以上の内容でしたらば.化学工学の書籍を探してください。
住宅の場合には.ハス規格を作った協会(名称忘却)で.空調機に関しての規格(クーラーのカタログに書いてあります)と.その協会で発行している書籍に一覧表があります。
熱交換器を設計するのでしたらば.配管ハンドブックを見てください。

あと.熱伝導の公式の導入は.必要でしょうか。多少時間(1-2ヶ月)がいただければ本を探してみますが.お急ぎのようなので.図書館を探したほうが早いと思います。
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Q熱伝達率について

熱伝達率について調べると、流れている空気の場合、11.6~290.7w/(m^2・k)とありますが、下記の条件の場合の熱伝達率は概算値でけっこうですので、分からないでしょうか?
表面積0.03m^2の円筒物、温度80℃、重量2kg、物質の密度7.874×10^3kg/m^3、体積0.256×10^-3m^3、比熱461J/(kg℃)
1540mm×2700mm×300mmで囲われている室内で、周りの雰囲気温度17℃、室内には17℃の空気が2.5m/secで流れている状態内に、80℃の物体が置かれている。
熱伝達率は、レイノルズ数とプラントル数などにより定義され、実験値や複雑な計算が必要と思われますが、やり方の方向性が知りたいための熱伝達率なので、大体の数値でいいので、教えて頂けないでしょうか

Aベストアンサー

「対流による物体の冷却後の温度」でお答えした inara1 です。
Re や Pr をご存知なのでちゃんとしたお答えをします。

以下に計算方法を書きますが、熱伝達率は 35 ~78 [W/m^2/K] となりました。この値からワークの温度変化を計算すると、20秒間に76.9 ~ 78.6 [℃] に下がることが分かりました。

【確認】
円筒物とは中がつまった円柱のことですね?
ご質問のワークの体積と表面積から円柱の直径 R と長さ L を計算すると、以下の2通りの場合がありますが、(1) のほうですね。(2) だと円板になりますので。
   (1) R = 0.0367 [m]、L = 0.242 [m]
   (2) R = 0.116 [m]、L = 0.0242 [m]

【円柱外部を冷却するときのNu数】
円柱を強制空冷する場合、空気を円柱軸に沿って流す場合と円柱側面に冷気を当てる場合では Nu(ヌセルト数)が異なりますが、普通は円柱側面に冷気を当てると思いますので、その場合の実験式は次のようになります。
   Nu = C*Re^n*Pr^(1/3) --- (1)
Re はレイノルズ数、Pr はプラントル数で
   Re = u*R/ν --- (2)
です。u [m/s] は冷気の流速、R [m] は円柱の直径、ν [m^2/s] は冷気の動粘性係数です。Pr と ν の値は、冷気温度と円柱表面の温度の平均温度での値を使います。Pr と ν の温度依存は[1] で計算できます。

【Nu数の実験式】
C と n は定数で、Re の値によって以下のような値をとります [2]。
     Re         C    n
   40~4000     0.683 0.466
   4000~40000   0.193 0.618
   40000~400000 0.0266 0.806
冷気温度と円筒表面の温度の平均温度が 20℃~80℃の範囲にあるとき、[1] を使って動粘性係数 νを計算すると、3.3×10^(-6) ~ 9.5×10^(-6) [m^2/s] なので、R = 0.0367 [m]、u = 2.5 [m/s] の場合のレイノルズ数は、式(2)で計算すると Re = 9703(20℃)~27500(80℃)の範囲になります。したがって、C と n の値は C = 0.193、n = 0.618 を使えばいいことになります。Re = 9703~27500 に対する Nu は、式(1)で計算すると 50~95 の範囲になります。

【熱伝達率とNu数の関係】
一方、Nu と熱伝達率 h [W/m^2/K] との関係は、円柱の場合
   Nu = h*R/kf
で表わされます。kf は冷媒(空気)の熱伝導率 [W/m/K] です(円柱の熱伝導率と区別するために f をつけます)。空気の熱伝導率の温度依存は [3] で計算すると、冷気温度と円筒表面の温度の平均温度が 20℃~80℃の範囲にあるとき、kf = 0.026 ~ 0.030 W/m/K の範囲になります。したがって、R = 0.0367 [m]、u = 2.5 [m/s] の場合の熱伝達率 h は
   h = Nu*kf/R = 35 ~78 [W/m^2/K] --- (3)
となります。これは質問文にある空気の熱伝達率の範囲に入っています。

【熱伝達率と円柱温度の関係】
考えている円柱は細長いので、内部の温度分布は一様とみなせます [4]。その場合、円柱が一定の熱伝達率で冷却されたときの円柱温度 T [℃] の時間変化は次式で表わされます。
   T = Tc *( T0 - Tc )*exp{ -h*A*t/( ρ*cp*V ) } --- (4)
で表わされます。Tc は冷気温度 [℃]、T0 は円柱の初期温度 [℃]、S は冷却面積(円柱側面の表面積) [m^2] 、t は時間 [sec]、ρは円柱の密度 [kg/m^3]、cp は円柱の比熱 [J/kg/K] です。したがって、 Tc = 17 ℃、T0 = 80 ℃、S = 0.03 m^2、ρ = 7874 kg/m^3、cp = 461 J/kg/K 、V = 0.256×10^(-3) [m^3] のとき、冷気にさらされてから 20sec 後の円柱温度 T20 は以下のようになります。
   T20 = 76.9 ~ 78.6 [℃] --- (5)
これは ANo.1 での概算計算結果
   Tout = 75.9 [℃]
とほぼ同じです(やはり意外に冷えません)。

この計算はクーラのダクトから17℃の冷気が複数の円柱にまんべんなく当たっている場合ですので、ワークの配列によっては結果が違ってきます(これより冷えることはありませんが)。クーラの冷却能力を倍にした場合は、風速を倍の 5 [m/s] にすればいいはずです。式(4)で冷却時間をもっと長くしてみればどれくらいまで冷えるか計算できますが、ワークが冷やされてくると冷気との温度差がなくなっていくので、熱伝達率が一定でも、単位時間に奪われる熱量が減ってくるので、だんだん温度の下がり方が鈍くなります(式(5)で時間を変えて計算してみると分かります)。

空気の動粘性係数 ν や熱伝導率 kf、それらから計算される Re数やPr数、Nu数は、厳密には円柱温度と冷気温度の平均値での値を使わなければなりません。具体的な計算手順は、最初に、円柱温度を75℃くらいと仮定して、その温度と冷気温度の平均の46℃での物性値を使って計算し、出てきた円柱温度と冷気温度の平均温度を使って空気の物性値を補正し、また円柱温度を計算するということを繰り返せば、最終的な円柱温度が出てきます。しかし、式(5)の温度範囲は、冷気温度と円柱表面の温度の平均温度が 20℃~80℃とした場合の値なので、最終的な円柱温度の値は式(5)の範囲に入っているはずです。

【補足】
[1] 1気圧の空気の Pr 数はと動粘性係数 ν は、室温付近では次式で近似されます。
      Pr = 0.713 - 0.0002*t
      ν = 1.296×10^(-6) + 1.02×10^(-7)*t
   t は空気の温度 [℃] です。
[2] 谷下市松「伝熱工学」裳華房(1986)p.142.
[3] 1気圧の空気の 熱伝導率 kf [W/m/K] は、室温付近では次式で近似されます。
      kf =0.0243+0.0000741*t
   t は空気の温度 [℃] です。
[4] 円柱の体積を V [m^3]、冷却面積(側面)を A [m^2]、円柱の熱伝導率を k [W/m/K]、熱伝達率を h [W/m^2/K] としたとき
   h*V/( k*A ) < 0.1
を満たせば内部の温度分布は一様とみなせます。炭素鋼(S53C)の熱伝導率の値はWebでは見つかりませんでしたが、資料 [2] に出ている炭素鋼の値は 54 W/m/K( 0.5C以下)~36 W/m/K(1.5C)なので、45 [W/m/K] くらいとすれば、この場合、Nu = 50~95、V = 0.256×10^(-3) [m^3]、A = 0.03 [m^2] なので、h*V/( k*A ) = 0.0095~0.016 < 0.1 となって条件を見たします。谷下市松「伝熱工学」裳華房(1986)p.83.

「対流による物体の冷却後の温度」でお答えした inara1 です。
Re や Pr をご存知なのでちゃんとしたお答えをします。

以下に計算方法を書きますが、熱伝達率は 35 ~78 [W/m^2/K] となりました。この値からワークの温度変化を計算すると、20秒間に76.9 ~ 78.6 [℃] に下がることが分かりました。

【確認】
円筒物とは中がつまった円柱のことですね?
ご質問のワークの体積と表面積から円柱の直径 R と長さ L を計算すると、以下の2通りの場合がありますが、(1) のほうですね。(2) だと円板になりますの...続きを読む

Q熱交換の基礎式を教えてください。

熱交換器における基礎式を教えてください。
蒸気と水での熱交換を行う際に、入口温度と出口温度の関係、
それに流速等も計算のデータとして必要なんだと思うんですが、
どういう計算で熱量、流速を決めればいいのか熱力学の知識がないので
分かりません。
いろんな書籍を買って勉強していますが、難しくて分かりません。
それに独学ですので、聞ける人がいなくて困っています。
どなたか、簡単に熱交換の基礎式などを教えてください。

Aベストアンサー

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2種類有る。
 L:伝熱面厚み
 kav:伝熱面の熱伝導率の異種温度の平均、熱伝面内外で温度が異なり、温度によって変化する熱伝導率を平均して用いる。
 hは、流体の種類や流れる速さ(主な指標はレイノルズ数)によって変化します。
 hsは、どの程度見積もるか、、、設備が新品ならZeroとしても良いのですが、使い込むとだんだん増加します。
 更には、Aも円管で厚みが有る場合は、内外を平均したり、Δtも入り口と出口の各温度差を対数平均するとか、色々工夫すべきところがあります。

>冷却管はステンレス製(SUS304)です。
 →熱伝導度の値が必要です。
>冷却管の中の水の温度は入口が32℃で出口が37℃です。>流量は200t/Hr程度流れております。
 →冷却水が受け取る熱量は、200t/Hr×水の比熱×(37-32)になります。この熱量が被冷却流体から奪われる熱量です。=Q
>冷却管の外径はφ34で長さが4mのものが60本
>冷却管の外径での総面積は25.6m2あります。
 →冷却管の壁厚みの数値が計算に必要です。
 伝熱面積も外側と内側を平均するか、小さい値の内側の面積を用いるべきです。

 まあしかし、現場的な検討としては#1の方もおっしゃっているように、各種条件で運転した時のU値を算出しておけば、能力を推し測る事が出来ると思います。
 更には、熱交換機を設備改造せずに能力余裕を持たせるには、冷却水の温度を下げるか、流量を増やすか、くらいしか無いのではないでしょうか。

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2...続きを読む

Q熱抵抗から熱伝導係数を算出できる?

熱抵抗から熱伝導係数を算出することは可能でしょうか?

パソコンで熱に関するシミュレーションを行うのですが、出てきた数値は熱抵抗で、パソコンには熱伝導係数で入力する必要があり、どのように変換してよいものやら困っております。単位は以下のとおりです。

熱抵抗 0.01 ℃/W

熱伝導係数 ?? W/mm^2・℃


自分なりに調べたところ、熱伝導係数は熱抵抗の逆数ということで

1/0.01 = 100 W/m^2・℃

単位をW/mm^2・℃に変換すると

100 / 1000000 = 0.0001 W/mm^2・℃

こんな数値が出ましたが、あっているのかどうか確認が取れずどうしようも無くなってしまいました。
分かる方がいらっしゃいましたらご教授頂けると助かります。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

「熱伝導係数」という用語は、建築関係で使われているようですが、あまり一般的ではありません。
「熱伝導率」と紛らわしいし、一般に使われている「熱伝達係数」の特別な場合になります。

そこでは、「熱伝導係数」を「熱伝導率」/「材料の厚さ」としています。「熱伝導率」の単位は、[W/(m・K)]だから、「熱伝導係数」の単位は、[W/(m^2・K)]になります。これは、固体の表面間あるいは境界間に適用する場合は、「熱伝導係数は熱抵抗の逆数を断面積で割る」と、いえます。

「熱伝導係数」はこのように使われていますが、たとえば、固体と流体が接していて、流体に流れがある場合には、流体の熱伝導率に意味がなくなり、固体から流体への伝熱に対しては適用できません。

したがって、
一般には、「熱伝達係数は熱抵抗の逆数を断面積で割る」とされています。「熱伝達係数」と「熱伝導係数」は特別な場合を除き、同じものではありません。

さて、質問の熱抵抗が、固体の表面温度か境界温度によって決まる固体中の伝熱に対してのものであれば、

「熱伝導係数」=1/(「熱抵抗」*「断面積」)
でいいでしょう。

単位ですが、上記の説明では、

「熱抵抗」:[℃/W]
「熱伝導係数」:[W/(m^2・℃)]
「断面積」:[m^2]

です。

なお、
「熱伝導係数は熱抵抗の逆数」とした場合、単位は、

「熱抵抗」:[m^2・℃/W]
「熱伝導係数」:[W/(m^2・℃)]

でないといけません。「熱抵抗」に「断面積」を掛けてください。
これは、伝熱計算式、

Q=hΔt=1/R・Δt

で、単位面積当たりで計算しているだけです。要するに、Qが[W/m^2]の単位で出る。

ちなみに、
「熱伝達係数」:[W/(m^2・K)]です。℃でもKでも同じです。

質問が、一般の熱抵抗、熱伝達についての話しなら、条件を書いて改めて質問してください。

「熱伝導係数」という用語は、建築関係で使われているようですが、あまり一般的ではありません。
「熱伝導率」と紛らわしいし、一般に使われている「熱伝達係数」の特別な場合になります。

そこでは、「熱伝導係数」を「熱伝導率」/「材料の厚さ」としています。「熱伝導率」の単位は、[W/(m・K)]だから、「熱伝導係数」の単位は、[W/(m^2・K)]になります。これは、固体の表面間あるいは境界間に適用する場合は、「熱伝導係数は熱抵抗の逆数を断面積で割る」と、いえます。

「熱伝導係数」はこのように使われて...続きを読む

Q熱伝導率からの熱伝達率の超概略推定方法について

材料の熱伝導率から超概略でよいので推定する方法はありませんか。例えば、熱伝導率の1000倍が熱伝達率になるとか。おそらく単に1000倍等と一定ではないのかもしれませんが。よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

非常に簡単なものなら一応変換は可能です、精度が現実にどれくらいあるのかは保証できませんが。
Q = h A ΔT (ΔT > 0とします)
ここで、h は熱伝達率、A は面積、Qは単位時間当たりの熱量[W]です。
一方、熱伝導率をkとすると、
Q = - A k (dT/dx)
となります。面倒なので一次元で考えます。
二次元以上だとそもそも熱伝達率の考え方と整合しないので。
この場合は向きがあります(ベクトル)ので、熱伝達率の場合と同じようにスカラーにすると、
Q = A k |dT/dx|
です。両者は等しいので、
k |dT/dx| = h ΔT
です。さらに一次元の場合、連続の方程式を満足する必要から、|dT/dx| = ΔT/Lとなるはずです。
よって、
k = L h
となります。例えば、均一な壁や鉄の板の中の伝熱で、一次元とみなせるような場合には、こんな感じで良いはずです。

Q温度が均一になるまでの時間の計算式

<樹脂膜の上面と底面の温度差が無くなる時間>
100×100mmの大きさ、厚み10mmの樹脂膜を上面からのみ加熱(200℃程度)し
樹脂膜の底面が200℃に到達する時間を知りたく思います。

XY方向への熱の伝達を考えると難しくなってしまうので、Z軸(厚み)方向のみ伝達す
るものとして考えたいと思います。

※樹脂膜の熱伝導率1.0(W/m・k)

ネットで調べていたのですが、今ひとつ理解できず・・・ 皆様のお力をお借り出来れ
ばと思い質問させて頂きました。

計算式を教えて頂けますと助かります。

宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

上面温度が200.0℃で下面温度が200.0℃になる事は有りませんが
下面温度が180℃くらいでサチるまでの時間で良いなら


八光電機 Q&Aキット
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/index2.htm

「熱の計算: 熱伝導」
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01040.htm
「熱が伝わる物体の温度差」

「熱の計算: 容量計算」
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01010.htm
「物体を温度上昇させるのに必要な容量」


日本ヒータ
ホーム > 設計資料 > 熱計算
http://www.nippon-heater.co.jp/designmaterials/calculation/
3.加熱に要する電力
(1)流れない液体・固体
  体積VをH[ ](時間)で温度差Δt(t0→t)℃ に加熱する電力

ホーム > 設計資料 > 加熱電力早見表
http://www.nippon-heater.co.jp/designmaterials/wattage/

上面温度が200.0℃で下面温度が200.0℃になる事は有りませんが
下面温度が180℃くらいでサチるまでの時間で良いなら


八光電機 Q&Aキット
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/index2.htm

「熱の計算: 熱伝導」
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01040.htm
「熱が伝わる物体の温度差」

「熱の計算: 容量計算」
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01010.htm
「物体を温度上昇させるのに必要な容量」


日本ヒータ
ホーム > 設計資料 > 熱計算
http://www.nippon-heater.co.jp/design...続きを読む

Q比熱と熱伝導率の温度特性について

炭素鋼の比熱と熱伝導率をハンドブックで調べると、
   
温度[℃]、比熱[J/kgK]、熱伝導率[W/mK]
200、514、48  
400、586、41
500、648、38
600、707、34
800、623、25
900、548、27

とありました。
このように、温度によって比熱や熱伝導率はどうして変化するのですか?
極大値や極小値があるのはどうしてですか?
また、この数値をある解析に使おうと考えており、
各温度の間は最小自乗法で補間しようと思っているのですが、
このような場合、補間は普通どういったものを使いますか?
素人的な質問をいろいろ書きましたが、
詳しい説明を宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

固体の比熱はDulong-Petitの法則として知られており、室温程度以上の領域なら定積モル比熱Cvは3Rで一定となります(結晶構造や原子間距離によらない)。ここにRはガス定数です。
ところがもし膨張を許すならその膨張により外界に仕事をするわけですから、もう少し余分の熱量が必要です(定圧モル比熱Cp)。具体的にはGrueneisen定数γを用いて
 Cp=Cv(1+γαT)
と表されます。γは物質ごとの値です。
γの温度依存性は小さいので定数とみなすと、定圧モル比熱が温度とともに少し大きくなることは理解いただけると思います。(ご質問の比熱は定積比熱、定圧比熱のいずれでしょうか? 通常ですと測定し易い定圧比熱の値だと思いますが。なお上記の説明では「モル比熱」を用いていますが、質量当たりの比熱([J/kg K])でも議論の本質が同じであることは申し上げるまでもありません)
さらに高温にした場合(ご質問の800℃以上)で比熱が下がっている理由は残念ながら分かりません、すみません。

熱伝導率の温度変化の説明には簡単な固体物性の知識が必要です。
固体中の熱は格子の弾性波に対応する量子(フォノン)によって運ばれます。熱伝導率κはフォノン1個の熱容量をc、固体中の音速をv、フォノンの平均自由行程をLとして
 κ=(1/3)c v L
と表されます。
高温ではフォノン同士の衝突機会が増えてフォノンの平均自由行程Lが短くなり、そのために熱伝導率が低下します。

補間は解析の種類や必要とする精度にもよりますが、大抵の場合(例えば有限要素法による熱伝導解析)は最小自乗法を持ち出すまでもなく折れ線近似で十分だと思います。比熱や熱伝導率の温度依存性の影響はそれで見ることができます。さらに詳細な変化まで追いたい、ということであれば改めて高次の近似をすればよいでしょう。

固体の比熱はDulong-Petitの法則として知られており、室温程度以上の領域なら定積モル比熱Cvは3Rで一定となります(結晶構造や原子間距離によらない)。ここにRはガス定数です。
ところがもし膨張を許すならその膨張により外界に仕事をするわけですから、もう少し余分の熱量が必要です(定圧モル比熱Cp)。具体的にはGrueneisen定数γを用いて
 Cp=Cv(1+γαT)
と表されます。γは物質ごとの値です。
γの温度依存性は小さいので定数とみなすと、定圧モル比熱が温度とともに少し大きくなることは理解いただけると思い...続きを読む

Q比熱と熱伝導率について

比熱と熱伝導率についていまいち理解に苦しむ為、実際に身の回りのものから体感したいのですが、実例を挙げて頂くとありがたく思います。
私が知りたいのは、例えば空気に関して水と比較すると、比熱が低いので温まり易い、でも熱伝導率が低いので伝わりにくい、この辺りです。
そもそも温まり易いのに伝わりにくいって矛盾しているように感じるのですが・・・。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

熱の伝わり方(より正確には温度の変化)は、熱伝導率(λとします)というよりも、熱拡散係数(D=λ/(ρ Cp)、D:熱拡散係数または熱拡散率、ρ:密度、Cp:定圧比熱)で決まります(熱対流の効果を除いた場合)。
従って、どんなに熱伝導率が小さくても、それ以上に密度や比熱が小さいと、熱拡散は早くなります(より短い時間で等温に近づく)。
密度と比熱が小さいけれど、熱伝導率も小さい場合、熱拡散率が大きいのか小さいのかは、実際に数字を代入して定量的に考える必要があります。
ネットで調べたところ、熱拡散率で考えた場合、空気の方が水よりも100倍以上大きいようです。
熱源に接している水(もしくは空気)で満たされている容器内部の温度がより早く熱源の温度に近づくのはどちらの場合かを想像すると、圧倒的に空気の方が早そうです(気体の平均自由行程の方が液体の平均自由行程よりも圧倒的に長いことから容易に想像されます)。
但し、内部に蓄えられるエネルギーは空気の方が水よりも圧倒的に少ないです(だからこそ早く暖まるとも言える)。
温度イコール蓄えられているエネルギーというわけではないのです。
参考になれば。

熱の伝わり方(より正確には温度の変化)は、熱伝導率(λとします)というよりも、熱拡散係数(D=λ/(ρ Cp)、D:熱拡散係数または熱拡散率、ρ:密度、Cp:定圧比熱)で決まります(熱対流の効果を除いた場合)。
従って、どんなに熱伝導率が小さくても、それ以上に密度や比熱が小さいと、熱拡散は早くなります(より短い時間で等温に近づく)。
密度と比熱が小さいけれど、熱伝導率も小さい場合、熱拡散率が大きいのか小さいのかは、実際に数字を代入して定量的に考える必要があります。
ネットで調べたところ、熱拡散率で考...続きを読む

Q大気、空気の熱伝達係数について

空気の熱伝達係数を教えてください。
なぜ知りたいかというと。。。

高所に行くと気圧が下がりますよね?それによって空気の密度も下がります。すると例えばエンジンや発電機からの放熱にも影響を与えると思います。
いろいろ調べた僕なりの考えは、おそらく空気の密度が下がることによって熱伝達係数が変化して、いわゆる対流熱伝達の式から求められる熱流の値が変化するのだと考えています。これによって1気圧のときと例えば0.5気圧のときの放熱のされ方の違いがわかると思います。これを求めるには空気の熱伝達係数を知らなければ求めることが出来ません。どうか教えてください。さらに気圧の変化による放熱の変化をずばり具体的に数値で知っている方いらっしゃいましたら教えてくださいお願いします。

Aベストアンサー

電子機器の話はわかりませんが、空気中の熱の移動は伝導ではなく対流によるものが殆どです。
魔法瓶のように真空(低圧)による断熱を使っている製品もありますが、1000、2000m程度では、どうなんだべ?(´・ω・`)

Q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?

Aベストアンサー

例えば,棒状試料の側面を断熱して両端に温度差をつけます.
当然,高温側の端から低温側の端へ熱が流れます.
温度差に対してどれくらいの割合で熱が流れるかを表すのが
熱伝導率です.
電気伝導のオームの法則は
ΔV = R I  (電位差 ΔV,電気抵抗 R,電流 I)
ですが,全く同様に熱伝導に関して
ΔT = R_T J  (温度差 ΔT,熱抵抗 R_T,熱流 I)
です.
棒状試料ですと,電気抵抗は断面積 S に反比例し長さ L に比例しますから
R = ρL/S
と書いて,ρを電気抵抗率,その逆数 σ=1/ρ を電気伝導率と呼んでいます.
熱の場合も全く同様で
R_T = ρ_T L/S
と書いて,ρ_Tが熱抵抗率,その逆数 κ=1/ρ_T が熱伝導率です.
物質が決まればκが決まりますので,それで物性値といいます.

一方,熱伝達率(通常は表面熱伝達率を指すようです)は
物体表面から熱が失われてゆく(周囲の方が物体より低温だとして)ことに関係しています.
同じ物体を同じ温度に保ち,さらに周りの温度が同じでも,
失われる熱量の割合は周囲の環境によって違います.
ぬるい缶ビールを冷やすのに,氷水(摂氏零度)につけるのが早く冷えるか,
摂氏零度の冷蔵庫に入れるのが早く冷えるか,どちらでしょう.
もちろん,氷水です.
同じ物体,同じ周囲温度でも,環境によって全然違うわけです.
こういうわけで,熱伝達率は対象とする物質のみでは決まらず,
周囲の環境に大きく依存します.
それで物性値ではないというのでしょう.

> 「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?

上に書いたように,
周囲の状況を決めないと物質だけでは意味がありませんね.

dahho さんが
> 「この材質で断面積○mm^2長さ○mmの棒の熱伝達率は○○です。」
と書かれている量は,熱抵抗 R_T の逆数に当たる量で,
熱コンダクタンスと言われます.

例えば,棒状試料の側面を断熱して両端に温度差をつけます.
当然,高温側の端から低温側の端へ熱が流れます.
温度差に対してどれくらいの割合で熱が流れるかを表すのが
熱伝導率です.
電気伝導のオームの法則は
ΔV = R I  (電位差 ΔV,電気抵抗 R,電流 I)
ですが,全く同様に熱伝導に関して
ΔT = R_T J  (温度差 ΔT,熱抵抗 R_T,熱流 I)
です.
棒状試料ですと,電気抵抗は断面積 S に反比例し長さ L に比例しますから
R = ρL/S
と書いて,ρを電気抵抗率,その逆数 σ=1/ρ を電気伝導率と呼ん...続きを読む

Q熱伝導率と熱抵抗の関係

放熱器の計算をしようとしているのですが・・・
熱抵抗で表示しているものと、熱伝導率で表示しているものがあり、
どう計算していいのか迷っています。。

おおよそ、放熱器は熱抵抗[K/W]で表示してあり、
発熱体と放熱器の間に挟まる熱伝導材は熱伝導率[W/m・K]で表示してあるようですが・・・
熱伝導率[W/m・K] と、熱抵抗[K/W]は、
どうやって扱えばいいのでしょうか?

熱伝導率に何かの長さを掛けて、逆数を取れば[K/W]になるのは判るのですが・・・
何の長さなのでしょうか。。?
熱伝導材の厚さかと思ったのですが・・・それでは、薄くなればなるほど熱抵抗が増えてしまい、
逆になってしまいます。。

Aベストアンサー

 熱伝導率の単位 W/m・K は、実はW・m/m2・K です。
m2は面積、m/Kが温度勾配の逆数になります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E4%BC%9D%E5%B0%8E%E7%8E%87


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