天アキ25mm

5編
企画・編集

執 筆 者

熱工学

飯 田 嘉

宏

稲 葉 英 男尾 添 紘 之

工 藤 一

彦

庄 司 正

弘

丸 山 茂 夫宮 内 敏 雄

森彦

青 木 一

生

赤 井誠

荒 木 信 幸石 井 順太郎

石 塚勝

稲 葉 英 男井 上 剛 良上 松 公彦薄 井 洋

基内 山 洋 司大 河 誠 司

太 田 照

和岡 崎

健

荻 須 吉 洋小 口 幸 成

小 原拓

笠 木 伸

英

柏 木 孝 夫

加 藤 征 三

神 本 正

行

河 村洋

康倫 明

菊 地 義 弘

工 藤 一

彦

熊 田 雅

弥

小 林 秀 昭佐 藤 春 樹

清 水 忠

明

庄 司 正

弘

高 城 敏 美

髙 田 保 之竹 内 正雄

手 塚 俊

一

鳥 越 邦 和長 坂 雄 次

長 島昭

長 野 靖

尚

南 部 健 一西 尾 茂 文西 村 龍夫

長 谷 耕志長谷川 達 也

浜 松 照 秀林

光一

菱 田 公

一

平 田賢

福 谷 征史郎

藤 田 恭

伸

本 田 博

司

牧 野 俊 郎

増 岡 隆 士松 尾 亜紀子

丸 山 茂夫

三 浦 隆 利三 島 嘉一郎宮 寺 達

雄

望 月 貞成森英 夫

門 出 政 則山 本誠

吉 田 英生米 本 和 生渡 辺 隆 行目

康

次

第 1 章 エネルギーおよびエネルギーシステム
1・1 エネルギー ……………………………………1
1・1・1 概説………………………………………1

1・2・1 エネルギーシステムとエネルギー1・1・2 エネルギーの分類………………………2

1・2・2 エネルギーの有効利用と省エネル

要素技術…………………………………8

1・1・3 エネルギー変換…………………………3
1・1・4 エネルギーの輪送（輸送形態やその特徴) …………………………………4
1・1・5 エネルギー貯蔵…………………………5ギー ……………………………………10
1・2・3 エネルギーと環境 ……………………11
1・2・4 エネルギー・環境関連法規 …………13
1・2・5 新たなエネルギーシステムの展開

1・1・6 エネルギー利用…………………………7…………………………………………15

1・2 エネルギーシステム …………………………8

第 2章 熱2・1 熱平衡と温度・熱エネルギー………………18
2・1・1 熱力学の系 ……………………………18

力学

2・2・1 熱エネルギーと力学的なエネルギー ………………………………………182・1・2 熱平衡 …………………………………182・2・2 状態量と状態式 ………………………182・1・3 温度 ……………………………………182・2・3 内部エネルギーとエンタルピー ……192・1・4 圧力と比体積 …………………………182・1・5 比熱容量と相変化の潜熱 ……………182・3 熱力学の第一法則……………………………192・3・1 熱力学の第一法則と状態変化 ………192・2 熱力学の状態量………………………………182・3・2 絶対仕事と工業仕事 …………………19

目ii

2・4 熱力学の第二法則……………………………202・4・1 熱力学の第二法則 ……………………20

次2・10・3 作動流体（冷媒）の種類と性質…………………………………………302・4・2 熱機関とサイクル ……………………202・10・4 その他の実在流体の性質……………322・4・3 可逆過程と不可逆過程 ………………202・4・4 カルノーサイクル ……………………202・11 湿り空気の性質と状態変化 ………………322・11・1 湿り空気の性質………………………322・4・5 熱力学温度 ……………………………202・11・2 飽和湿り空気表………………………332・4・6 エントロピー …………………………212・11・3 湿り空気の状態変化…………………332・4・7 不可逆過程とエントロピー …………212・12 混合媒体 ……………………………………342・12・1 混合気体の性質………………………342・5 熱力学の第三法則……………………………212・6 熱力学の一般関係式…………………………212・12・2 理想溶液の性質………………………342・6・1 マクスウェルの関係式 ………………212・12・3 非理想溶液……………………………342・6・2 比熱に関する一般関係式 ……………222・13 各種サイクル ………………………………352・13・1 サイクルと熱効率，成績係数………352・6・3 内部エネルギーとエンタルピーの関係式 …………………………………222・13・2 カルノーサイクル，スターリン

2・6・4 自由エネルギー ………………………22グサイクル，エリクソンサイク

2・6・5 ジュール・トムソン効果 ……………22ル………………………………………362・7 気体・液体・固体・超臨界流体……………222・7・1 純粋物質の相と関係……………222・13・3 内燃機関の理想サイクル……………362・13・4 ガスタービンの理論サイクル………382・7・2 三重点・臨界点 ………………………232・13・5 蒸気理論サイクル……………………392・8 理想気体………………………………………242・8・1 理想気体の状態式 ……………………242・13・6 複合理論サイクル……………………422・8・2 半理想気体 ……………………………24クル……………………………………422・13・7 冷凍・ヒートポンプの理論サイ2・8・3 理想気体の状態量 ……………………242・13・8 液化の原理……………………………432・8・4 理想気体の状態変化 …………………252・14 気体の流動 …………………………………442・14・1 流れの一般基礎式……………………442・8・5 理想気体の混合 ………………………262・8・6 理想混合気体の性質 …………………262・14・2 外部仕事を含まない定常一次元

2・8・7 半理想気体の状態変化 ………………26

流れ……………………………………452・9 空気などの気体………………………………262・9・1 空気および燃焼ガスの性質と状態2・14・3 等エントロピー流れ…………………462・14・4 先細ノズルよりの等エントロピ

式 ………………………………………262・9・2 ヘリウム，水素，窒素および天燃ー噴流…………………………………462・14・5 末広ノズルよりの等エントロピ

ガスなどの性質 ………………………282・10 相変化を伴う実在流体 ……………………292・10・1 実在流体の熱力学性質………………292・10・2 水および水蒸気の性質………………29第 3章 燃ー噴流…………………………………472・14・6 摩擦損失を伴うノズルよりの噴流………………………………………472・14・7 一様断面管路内の流れ………………48

焼3・1 燃焼の基礎理論………………………………503・1・1 化学反応 ………………………………503・3 燃焼装置内の燃焼……………………………623・3・1 各種燃料の燃焼 ………………………623・1・2 量論計算 ………………………………503・3・2 燃焼装置内の流れと火炎構造 ………623・1・3 断熱火炎温度と平衡組式 ……………513・3・3 振動燃焼 ………………………………623・2 燃焼現象………………………………………533・2・1 火炎の形態 ……………………………533・4 燃焼に伴う環境汚染とその抑制……………633・4・1 硫黄酸化物（SO )……………………633・2・2 燃焼反応 ………………………………533・4・2 窒素酸化物（NO ) …………………64

3・2・3 着火 ……………………………………54

3・4・3 粒子状物質 ……………………………66

3・2・4 予混合火炎 ……………………………55

3・4・4 一酸化炭素，炭化水素 ………………67

3・2・5 拡散火炎 ………………………………58

3・4・5 ダイオキシン類 ………………………673・2・6 液体燃焼 ………………………………58

3・4・6 濃度換算，排出係数と毒性換算 ……68

3・2・7 固体燃焼 ………………………………59

3・4・7 汚染物質の拡散 ………………………69

3・2・8 デトネーション ………………………60

3・4・8 燃焼に伴う騒音 ………………………70

天アキ
25mm目

次iii

第 4 章 伝熱（物質移動を含む)
4・1 伝熱の基本形態………………………………724・1・1 伝熱 ……………………………………724・9・1 基礎的事項 ……………………………97

4・1・2 熱伝導と熱ふく射 ……………………724・9・3 物体まわりの自然対流熱伝達………100

4・1・3 対流と熱伝達 …………………………724・9・4 管路および熱サイフォンの自然対

4・1・4 熱通過 …………………………………724・2 熱伝導の基本…………………………………724・2・1 熱伝導の基本 …………………………724・2・2 熱伝導方程式 …………………………73

4・9・2 平板の自然対流熱伝達 ………………98

流熱伝達………………………………100
4・9・5 密閉空間内における自然対流熱伝達………………………………………102

4・2・3 温度伝導率 ……………………………744・10 その他の重要な対流熱伝達………………1034・10・1 高速気流の熱伝達 …………………1034・2・4 凝固，融解を伴う系 …………………744・10・2 希薄気体の熱伝達 …………………1044・2・5 無次元数 ………………………………744・10・3 超臨界圧流体の熱伝達 ……………1054・3 熱伝導方程式の解法…………………………744・3・1 解析的方法 ……………………………744・10・4 液体金属の熱伝達 …………………1064・3・2 数値解法 ………………………………754・10・6 流動層における熱伝達 ……………1074・3・3 その他の解法 …………………………754・10・7 化学反応を伴う対流熱伝達 ………1094・4 ふく射伝熱の基礎……………………………754・4・1 ふく射伝熱 ……………………………75

4・10・5 非ニュートン流体の熱伝達 ………107

4・10・8 電磁流体の対流熱伝達 ……………110

4・4・2 基礎概念 ………………………………76

4・11 プール沸騰熱伝達…………………………111
4・11・1 沸騰現象 ……………………………111

4・4・3 実在の物質のふく射性質 ……………77

4・11・2 プール沸騰と沸騰特性曲線 ………111

4・4・4 表面のふく射性質 ……………………77

4・11・3 核沸騰熱伝達 ………………………112

4・4・5 完全拡散性表面間のふく射伝熱 ……77

4・11・4 バーンアウト現象 …………………113

4・4・6 半透過性媒質の性質 …………………78

4・11・5 膜沸騰熱伝達 ………………………113

4・5 熱放射による伝熱……………………………794・5・1 ガス体の放射理論 ……………………794・12 強制流動沸騰熱伝達………………………1144・12・1 二相流動現象と熱伝達 ……………1144・5・2 ふく射輸送理論と輸送式 ……………804・5・3 ふく射輸送式の解法 …………………804・5・4 火炎等の熱放射 ………………………824・6 対流熱伝達の基本……………………………824・6・1 対流の種類と熱伝達率 ………………824・6・2 層流と乱流の熱輸送 …………………83

4・12・2 二相流の主要パラメータの性質………………………………………1154・12・3 サブクールおよび低クオリティ域の熱伝達 …………………………1154・12・4 中・高クオリティ域の熱伝達 ……1164・12・5 強制流動沸騰流における限界熱4・6・3 対流熱伝達の基礎方程式 ……………83流束 …………………………………116

4・6・4 無次元数と境界層近似 ………………844・13 凝縮熱伝達…………………………………1174・13・1 凝縮現象 ……………………………1174・7 強制対流層流熱伝達…………………………85
4・7・1 平板に沿う強制対流層流熱伝達 ……85
4・7・2 管内流（内部流）の強制対流層流

4・13・2 滴状凝縮熱伝達 ……………………1174・13・3 膜状凝縮熱伝達 ……………………118

熱伝達 …………………………………86

4・13・4 多成分蒸気の凝縮 …………………119

4・7・3 外部流の強制対流層流熱伝達 ………87

4・13・5 水平円管群における凝縮 …………119

4・8 強制対流乱流熱伝達…………………………89
4・8・1 乱流境界層および管内乱流 …………894・14 物質移動……………………………………1204・14・1 物質移動の基本 ……………………1204・8・2 乱流場における熱・物質・運動量
輸送 ……………………………………904・8・3 乱流場における流れと熱伝達の解

4・14・2 拡散 …………………………………1204・14・3 物質伝達と熱伝達のアナロジー………………………………………121

析 ………………………………………91

4・14・4 物質伝達を伴う熱伝達 ……………1214・8・4 平板に沿う強制対流乱流熱伝達 ……93

4・15 伝熱促進と断熱……………………………1234・15・1 拡大伝熱面による伝熱促進 ………123

4・8・5 管内流（内部流）の強制対流乱流
熱伝達 …………………………………94

4・15・2 強制対流熱伝達の促進 ……………1234・8・6 外部流の強制対流乱流熱伝達 ………95

4・15・3 相変化伝熱の促進 …………………124

4・9

自然対流熱伝達………………………………97

4・15・4 ヒートパイプ ………………………125ix

目

4・15・5 保温，保冷と断熱 …………………126
4・16 熱交換器の基礎……………………………126
4・16・1 熱交換器流路の基本形式 …………126

次

4・16・3 熱交換器の設計計算法 ……………127
4・16・4 熱交換器の形態と実際的留意事
項 ……………………………………128

4・16・2 熱通過率と対数平均温度差 ………126

第 5章 熱 測 定 法
5・1 温度測定 ……………………………………133
5・1・1 温度計…………………………………133

5・4 二相流測定 …………………………………137
5・4・1 気液二相流……………………………137

5・1・2 温度測定に関する注意事項…………1345・4・2 固気・固液二相流……………………1395・2 熱的諸量の測定 ……………………………1345・2・1 熱量および比熱の測定………………1345・5 ミクロ物性計測法 …………………………1395・5・1 ミクロ温度計測法……………………1395・2・2 熱伝導率と温度伝導率の測定………1355・5・2 ミクロ熱物性測定法…………………1405・3 ガス濃度測定 ………………………………1365・5・3 ナノカロリメトリー…………………140

第 6章 熱 物 性 値
6・1 総論 …………………………………………142
6・2 気体，液体，超臨界圧流体の熱物性値

6・5・1 固体燃料………………………………152………………………………………………142

6・5・3 気体燃料………………………………154

6・3 液体金属と溶融塩の熱物性値 ……………151
6・4 固体の熱物性値 ……………………………151
6・5 燃料・燃焼生成物の熱物性値 ……………152

6・5・2 液体燃料………………………………153
6・5・4 燃焼生成物……………………………1546・6 放射性質および気体と液体の電気的性
質 ……………………………………………154

第 7 章 分子・マイクロ熱工学
7・1 分子レベルからの熱流体 …………………158
7・1・1 量子力学………………………………158

7・3 直接シミュレーションモンテカルロ法 …164
7・3・1 基礎式…………………………………164

7・1・2 マクロな力学へ………………………158

7・3・2 粒子モデル解析………………………164

7・2 分子動力学法 ………………………………158
7・2・1 基礎式…………………………………159

7・4 マイクロ熱工学 ……………………………166
7・4・1 マイクロチャネルの熱流動…………166

7・2・2 分子間ポテンシャルモデル…………160

7・4・2 マイクロマシン………………………167

7・2・3 マクロ量………………………………161

7・4・3 半導体冷却……………………………168

7・2・4 境界条件………………………………162

7・4・4 マイクロ熱交換器……………………168

7・2・5 界面・相変化…………………………163

7・4・5 三相界線………………………………169

索引（日本語・英語）………………………………………………………………………………………………巻末