1.やさしい
熱交換器で 0.5 kg/s の軽油（cp = 2.1 kJ/(kg·K)）が 105 から 25 °C まで冷却される。 伝熱量 Q̇ を求めよ。
ṁ = 0.5 kg/scp = 2.1 kJ/(kg·K)T: 105 → 25 °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 100 から 75 °C まで冷え、低温流体が 30 から 45 °C まで温まる。対数平均温度差 ΔTlm を求めよ。
Th: 100 → 75 °CTc: 30 → 45 °C
ΔTlm = K
3.ふつう
並流熱交換器が 140 kW を伝える。 高温流体は 110 から 85 °C まで冷え、低温流体は 15 から 25 °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 = 140 kWU = 500 W/(m²·K)Th: 110 → 85 °CTc: 15 → 25 °C
A = m²
4.ふつう
並流熱交換器が 360 kW を伝える。 伝熱面積は 3 m² である。高温流体は 110 から 75 °C まで冷え、低温流体は 20 から 45 °C まで温まる。熱通過率 U を求めよ。
Q̇ = 360 kWA = 3 m²Th: 110 → 75 °CTc: 20 → 45 °C
U = W/(m²·K)
5.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 = 1.5 kW/K である。高温流体は 85 °C、低温流体は 15 °C で流入する。熱交換器の A = 1.5 m²、U = 500 W/(m²·K) である。高温側の出口温度 Th,out を求めよ。
Ch = Cc = 1.5 kW/KTh,in = 85 °CTc,in = 15 °CA = 1.5 m²U = 500 W/(m²·K)
Th,out = °C
6.むずかしい
向流二重管式熱交換器で、高温の油（0.8 kg/s、cp = 2.5 kJ/(kg·K)）が内管を流れ、155 から 115 °C まで冷える。 環状部の水（1.5 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）は 15 °C で流入する。内管の直径は 20 mm で、U = 500 W/(m²·K) はこの直径を基準とする。必要な管の長さ L を求めよ。
ṁh = 0.8 kg/scp,h = 2.5 kJ/(kg·K)Th: 155 → 115 °Cṁc = 1.5 kg/sTc,in = 15 °CD = 20 mmU = 500 W/(m²·K)
L = m
解答
- 1. Q̇ = 84 kW
- 2. ΔTlm = 49.83 K
- 3. A = 3.676 m²
- 4. U = 2197 W/(m²·K)
- 5. Th,out = 61.67 °C
- 6. L = 22.52 m
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。