タンクの放熱現象

Question

現在、お湯をためるタンクの設計をしています。

タンクの自然放熱の性能を検討するために、手計算で
シュミレーションをしています。

熱通過率Ｋを用いて、放熱の値は計算できたのですが、
実験結果との値に３０％以上の差がありました。

考察の結果、自然放熱以外に、タンク内でタンク垂直表面で冷却された
お湯が温度差で対流しているんではないかと考えています。

対流の影響も考慮して、計算したいのですが、どの式を適応するのか
分かりません。

ＣＡＥを使うという選択した財政上大変に難しい現実です。

なんと知識を頂きたいです。

Accepted Answer

参考URLの熱の計算メニューを開くと、以下の計算ができます。
　　・物体表面からの熱損失
　　・断熱された平板からの放熱 
　　・断熱された円筒からの放熱 （円筒長さ1m当り）
　　・熱通過
お問い合わせの例は、４番目の熱通過を使って計算するとよさそうです。

高温側がタンクの内側（水）、低温側がタンクの外側（空気）に接します。
高温側について、表面の放射率は設定は、一般的な材料構成ならば、0.9程度
が適切と思います。対流熱伝達率は２番目のURLの文献に具体的な値(230-580
 W/m2 K)が載っています。この値を代入して計算してみてください。

低温側について、表面の放射率は設定は、樹脂や塗装仕上げであれば0.9程度
アルミの光沢面ならば0.1以下であり、仕上げに応じて選んでください。対流
熱伝達率は、デフォールトで入力されている7 W/m2 Kのままが適切です。

上記計算はタンクからの放熱の最大の割合と予想されるタンク側面の熱通過
を意識しています。タンクの底面、上面については応用問題としてご自身で
付け加えて計算してください。

説明が不足でしたので追加します。
参考URLの熱の計算メニューを開くと、以下のようなサブメニューが現れ、
　　★容量計算、
　　★水加熱・・・、
　　★・・・、
　　★放熱、
　　★・・・・

★放熱のサブメニューを開くと以下の計算ができます。
　　・物体表面からの熱損失
　　・断熱された平板からの放熱 
　　・断熱された円筒からの放熱 （円筒長さ1m当り）
　　・熱通過

高温側壁の温度I、低温側壁の温度Jは、
高温側の温度、低温側の温度、高温側の熱伝達係率、低温側の熱伝達係率、
熱伝達する壁の厚さと熱伝導率できまります。

熱伝達をおこなう壁の面積を仮定すれば、面積あたりの熱抵抗は以下の通り
高温側の熱伝達係率から高温側の熱抵抗が求まります。
同様に、低温側の熱伝達係率から低温側の熱抵抗が求まります。
また、壁の熱抵抗は、壁の厚さと熱伝導率で求まります。

上記３個の熱抵抗の直列回路において、高温側の流体（水）と低温側の流体
（空気）の温度を与えれば、自ずと表面温度は決定されることになります。

まずは、熱伝達係数から熱抵抗を計算する手法を身につけて下さい。

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