1.やさしい
熱交換器で 2.5 kg/s の水（cp = 4.18 kJ/(kg·K)）が 30 から 75 °C まで加熱される。 伝熱量 Q̇ を求めよ。
ṁ = 2.5 kg/scp = 4.18 kJ/(kg·K)T: 30 → 75 °C
Q̇ = kW
解答つき熱交換器 (LMTD)ワークシート
2.やさしい
向流熱交換器の伝熱面積は 10 m²、熱通過率は 500 W/(m²·K) である。高温流体は 130 から 70 °C まで冷え、低温流体は 20 から 120 °C まで温まる。伝熱量 Q̇ を求めよ。
A = 10 m²U = 500 W/(m²·K)Th: 130 → 70 °CTc: 20 → 120 °C
Q̇ = kW
3.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 150 kW を伝えなければならない。高温流体は 145 から 50 °C まで冷え、低温流体は 10 から 130 °C まで温まる。この配置の LMTD 補正係数は F = 0.95、U = 1000 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 150 kWF = 0.95U = 1000 W/(m²·K)Th: 145 → 50 °CTc: 10 → 130 °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 750 kW を伝えなければならない。高温流体は 150 から 100 °C まで冷え、低温流体は 25 から 110 °C まで温まる。この配置の LMTD 補正係数は F = 0.8、U = 800 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 750 kWF = 0.8U = 800 W/(m²·K)Th: 150 → 100 °CTc: 25 → 110 °C
A = m²
5.むずかしい
高温の油（1.5 kg/s、cp = 2.1 kJ/(kg·K)）が向流熱交換器で 140 から 100 °C まで冷える。油は 15 °C で流入する水 1 kg/s（cp = 4.18 kJ/(kg·K)）を加熱する。U = 1500 W/(m²·K) のとき、必要な伝熱面積 A を求めよ。
ṁh = 1.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 140 → 100 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 15 °CU = 1500 W/(m²·K)
A = m²
6.むずかしい
伝熱面積 1.5 m²、U = 3000 W/(m²·K) の復水器の管の外側で、蒸気が一定の 130 °C で凝縮する。冷却水（3 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）は 30 °C で管に流入する。水の出口温度 Tc,out を求めよ。
Ts = 130 °CA = 1.5 m²U = 3000 W/(m²·K)ṁ = 3 kg/scp = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 30 °C
Tc,out = °C
解答
- 1. Q̇ = 470.2 kW
- 2. Q̇ = 124.3 kW
- 3. A = 6.195 m²
- 4. A = 21.05 m²
- 5. A = 0.935 m²
- 6. Tc,out = 60.15 °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。