1.やさしい
熱交換器で 0.8 kg/s の水（cp = 4.18 kJ/(kg·K)）が 105 から 45 °C まで冷却される。 伝熱量 Q̇ を求めよ。
ṁ = 0.8 kg/scp = 4.18 kJ/(kg·K)T: 105 → 45 °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 110 から 25 °C まで冷え、低温流体が 10 から 55 °C まで温まる。対数平均温度差 ΔTlm を求めよ。
Th: 110 → 25 °CTc: 10 → 55 °C
ΔTlm = K
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 390 kW を伝えなければならない。高温流体は 170 から 130 °C まで冷え、低温流体は 30 から 90 °C まで温まる。この配置の LMTD 補正係数は F = 0.9、U = 300 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 390 kWF = 0.9U = 300 W/(m²·K)Th: 170 → 130 °CTc: 30 → 90 °C
A = m²
4.ふつう
向流熱交換器が 400 kW を伝える。 高温流体は 155 から 45 °C まで冷え、低温流体は 20 から 120 °C まで温まる。熱通過率は 300 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 400 kWU = 300 W/(m²·K)Th: 155 → 45 °CTc: 20 → 120 °C
A = m²
5.むずかしい
並流二重管式熱交換器で、高温の油（0.2 kg/s、cp = 2.5 kJ/(kg·K)）が内管を流れ、125 から 75 °C まで冷える。 環状部の水（0.2 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）は 20 °C で流入する。内管の直径は 32 mm で、U = 300 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 = 0.2 kg/scp,h = 2.5 kJ/(kg·K)Th: 125 → 75 °Cṁc = 0.2 kg/sTc,in = 20 °CD = 32 mmU = 300 W/(m²·K)
L = m
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 85 °C、低温流体は 30 °C で流入する。熱交換器の A = 0.5 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 = 85 °CTc,in = 30 °CA = 0.5 m²U = 300 W/(m²·K)
Th,out = °C
解答
- 1. Q̇ = 200.6 kW
- 2. ΔTlm = 30.79 K
- 3. A = 16.12 m²
- 4. A = 44.86 m²
- 5. L = 14.85 m
- 6. Th,out = 72.31 °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。