ステンレス管の中の水の平均温度を計算する方法

大雑把な数値計算をしてみました。


体積速度：14 mL／s　断面積：φ10→78.5 mm^2　から
　　流速：14000 mm^3／s ÷ 78.5 mm^2 ＝ 178 mm/s＝0.178 m/s

内表面積：φ10×L150　の寸法から　0.0047 m^2
外表面積：（φ12.5＋フィン15枚）×L150の寸法から　0.0158 m^2

参考URLの情報を参考に、流速0.178 m/s 内表面の熱伝達率を1900 W／m^2 K
　　　　　　　　　自然対流の外表面の熱伝達率を500 W／m^2 Kと見積もる。

内表面の熱抵抗：　1／（0.0047×1900）＝0.112 K／W
外表面の熱抵抗：　1／（0.0158×500）＝0.127 Ｋ／Ｗ
合成熱抵抗：　0.112＋0.127＝0.239 Ｋ／W

パイプ内外の温度差 ：90 ℃－25 ℃ ＝ 65 K
65Kの温度差で伝達されるパワー　65K ÷ 0.239 ＝ 272 W

パイプを水が通過する時間：0.15 m ÷ 0.178 m/s ＝0.84 s
通過する時間のあいだに熱交換されるエネルギー：272 W × 0.84 s ＝ 228 J
パイプの中の水の質量：寸法及び密度から計算して　11.8 g
パイプの中の水の熱容量：比熱×質量＝4.2 J／gK ×11.8 g ＝ 49.6 J／K

温度変化：　228 J ÷ 49.6 J／K ＝ 4.6 K

ANS.
90 ℃の水は、パイプを流れる間に温度が4.6 Kが下がって、出口では約85℃となる。


熱伝達は、流速やフィンの寸法などに依存して、上記で代入した値とは相違する
可能性が高いので、実験的に合わせこむことをお勧めします。

パイプの厚さ方向の熱伝導を考慮すると、合成熱抵抗は、もう少々高い値となり
ますが、結果に大きな影響を与えることはないと思います。

お礼

2018/04/23 14:16

お忙しい中、私のために計算の時間をとっていただき、誠にありがとうございます。
例題と解を示していただき、つかめなかった計算が少しわかったように思います。
ご提示いただきました計算を元に、検討を進めてみます。
本当にありがとうございました。

質問者