1.やさしい
熱交換器で 0.2 kg/s の軽油（cp = 2.1 kJ/(kg·K)）が 60 から 35 °C まで冷却される。 伝熱量 Q̇ を求めよ。
ṁ = 0.2 kg/scp = 2.1 kJ/(kg·K)T: 60 → 35 °C
Q̇ = kW
解答つき熱交換器 (LMTD)ワークシート
2.やさしい
向流熱交換器で、高温流体が 120 から 45 °C まで冷え、低温流体が 15 から 110 °C まで温まる。対数平均温度差 ΔTlm を求めよ。
Th: 120 → 45 °CTc: 15 → 110 °C
ΔTlm = K
3.ふつう
向流熱交換器が 390 kW を伝える。 高温流体は 115 から 70 °C まで冷え、低温流体は 30 から 90 °C まで温まる。熱通過率は 500 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 390 kWU = 500 W/(m²·K)Th: 115 → 70 °CTc: 30 → 90 °C
A = m²
4.ふつう
シェルアンドチューブ熱交換器（1 シェルパス、2 チューブパス）で 370 kW を伝えなければならない。高温流体は 170 から 150 °C まで冷え、低温流体は 25 から 160 °C まで温まる。この配置の LMTD 補正係数は F = 0.88、U = 800 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 370 kWF = 0.88U = 800 W/(m²·K)Th: 170 → 150 °CTc: 25 → 160 °C
A = m²
5.むずかしい
高温の油（2 kg/s、cp = 2.3 kJ/(kg·K)）が向流熱交換器で 150 から 100 °C まで冷える。油は 30 °C で流入する水 1.5 kg/s（cp = 4.18 kJ/(kg·K)）を加熱する。U = 800 W/(m²·K) のとき、必要な伝熱面積 A を求めよ。
ṁh = 2 kg/scp,h = 2.3 kJ/(kg·K)Th: 150 → 100 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 30 °CU = 800 W/(m²·K)
A = m²
6.むずかしい
向流熱交換器で、両方の流体の熱容量流量は等しく ṁ·cp = 0.5 kW/K である。高温流体は 145 °C、低温流体は 30 °C で流入する。熱交換器の A = 3 m²、U = 300 W/(m²·K) である。高温側の出口温度 Th,out を求めよ。
Ch = Cc = 0.5 kW/KTh,in = 145 °CTc,in = 30 °CA = 3 m²U = 300 W/(m²·K)
Th,out = °C
解答
- 1. Q̇ = 10.5 kW
- 2. ΔTlm = 18.2 K
- 3. A = 24.44 m²
- 4. A = 11.54 m²
- 5. A = 3.76 m²
- 6. Th,out = 71.07 °C
ステップごとの詳しい解答：このトピックは examproblems.com で練習できます。