質問: 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。
回答: 回答されているように熱交換器の必要伝熱面積の計算は難解です。 特に冷却水管外側の熱伝達係数の計算が困難であることが主因かと。 熱交換器のメーカさんは実験などの基礎データ、実績などの ノウハウを元に計算されていると思います。 自分で設計する場合は、いろいろ文献を見て、近似を入れながら 気合で必要伝熱面積を求めてマージンをとって大きめに熱交換器を 作って、実運用では冷却水を絞って誤魔かすか、というような 感じでしょか。 ということで、まず設計した人に聞く、とか、設計の条件 (流量、温度他)と運転条件がどのくらいずれているの整理 してみると何が悪いかわかることもあるのですが。。。と、 回答したいところですがこんな回答をしてもしょうがないので。。 状況が良くわからないので仮定に仮定を重ねての回答ですが、 性能が出ていないということは凝縮量が足りない、ということ でしょうか。 冷却水の流量も入口温度も大きく変わらない、ということだったら 私であれば概略下記のように必要伝熱面積を計算します。 まず現状の交換熱量qを計算します。 q=200t/hr x 水の比熱 x (37°C-32°C) また必要交換熱量q'と、ある冷却水入口温度に対して、必要な量 だけ熱交換できた時の冷却水出口温度を計算します。 具体的には 必要交換熱量 = 必要凝縮量 x 凝縮熱 = 200t/hr x 水の比熱 x (冷却水出口温度-冷却水入口温度) を解いて冷却水出口温度を求める(*)。 蒸気の温度は飽和温度で一定でしょうか。 さらに、現在運転されている熱交換器の対数平均温度差δtm(蒸気の 飽和温度と冷却水温度32°Cと37°Cで計算)を求め、さらに必要 交換熱量が得られた時の対数平均温度差δtm'(蒸気の飽和温度と 蒸気(*)で計算した入口/出口温度)を計算します。 交換熱量=熱通過係数 x 伝熱面積 x 対数平均温度差 の関係があるので、熱通過係数係数が一定であるとすると(←これ注意) 必要伝熱面積 = (δtm x q')/ (δtm' x q) x 現状の伝熱面積 です。 改造するのであれば、コストなどを考慮して適当にマージンを 取って伝熱面積を決める、って感じ。 伝熱学のプロに言わせると、"熱通過係数係数が一定"という近似は 暴力的だと言われるのは分かっていますが、だからと言って他に もっと良い計算方法(主として冷却管外側の熱伝達係数の)があるか、 というと文献を見てもたぶん無いと思うので、検討時間を考えると 悪くない近似のように思います。