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熱交換器の能力と流速の関係について
2023/10/18 20:42
- 熱交換器の設計に使用する総括伝熱係数（Ｕ値）の算定において、流体の流量が減少するとＵ値も減少することが文献で確認されています。
- 一方、熱交換器メーカーからは、熱交換器には最低流量があり、これを下回ると伝熱量が極端に下がるとされています。
- そのため、熱交換器の能力を算定する際には、使用する流量と能力（伝熱係数など）との関係を考慮する必要があります。
熱交換器の能力と流速の関係について
2012/11/28 20:01
熱交換器の設計に使用する総括伝熱係数（以下Ｕ）の算定に際し、熱交換に使用する流体の流量が落ちるとそれに伴い、Ｕ値も減少すると文献にて見ました。レイノルズ数が変化するためＵ値が落ちると考えますが、概ねレイノルズ数の0.8乗でほぼ比例的に変化する算定式が同文献にありました。
一方、熱交換器メーカーからは、熱交換器には性能が保証できる最低流量があり、これを下回ると極端に伝熱量が下がると聞きました。
（＝Ｕ値が極端に下がることと考えております。）
これを概算でも定量的に算定できる方法は無いのでしょうか？
メーカーからは、算定式は無いが一般的にそのようになるとのことでしたが、概算値を算定したいと考えております。
大変お手数をおかけ致しますが、熱交換器において、使用する流量と能力（伝熱係数等）との関係をご存じの方はご教示のほど宜しくお願い致します。
回答 （2件中 1～2件目)
小生は、以下の如く考えています。
? 流体が対流しない場合の伝熱量や熱傾斜の熱伝達の考察
? ある程度の流量があれば、配管等の壁面抵抗から対流が発生し、層流状態でも対流があり、
流体からの熱放出や吸収が滞留時より効率が良いとなる考察
から、ザクッと計算し、簡易機で計測して、傾向を確認し推測するしかないでしょう。
熱交換機の形状や壁面の粗さも影響すると考えますから。
多分、標準的な資料は、熱交換機教本やボイラーの教本や専門書に記載があると思います。
プラント屋さんのあの方が、多分登場するでしょう。
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定量的に答えられずに申し訳ありませんが、乱流と層流の関係によるものと
推測します。
流速が速い状態では、熱交換機内の流れは乱流となり、流体が攪拌されるの
で熱交換が促進されると思います。流速が遅い状態では、流れが層流となり
攪拌作用が無く、「極端に伝熱量が下がる」状況になるかと想像します。
熱交換器の流路が円形断面（パイプ状）であれば、乱流と層流との境界の
流速は容易に調べられます。しかし、熱交換器の流路の形状が円形ではない
場合（フィンが設けられている場合など）は、乱流と層流との境界の流速は、
単純な数式では求めることが難しそうです。
上記のような理由で、流速が遅いと熱交換能力が低下するものと想定します。
もっと極端な場合は、流速が遅いと熱媒体が沸騰してしまい、液体と気体の
熱伝達の差によって、「極端に伝熱量が下がる」状況に至る可能性もある
かもしれません。
層流と乱流
難しい文献も沢山あるようですが、次のＵＲＬには層流と乱流を示す写真が
掲載されているので、雰囲気を掴んで貰えそうに思います。
http://www.cybernet.co.jp/ansys/case/lesson/fluid02.html
