1.やさしい
熱交換器で 1 kg/s のエタノール（cp = 2.44 kJ/(kg·K)）が 30 から 60 °C まで加熱される。 伝熱量 Q̇ を求めよ。
ṁ = 1 kg/scp = 2.44 kJ/(kg·K)T: 30 → 60 °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 95 から 60 °C まで冷え、低温流体が 30 から 70 °C まで温まる。対数平均温度差 ΔTlm を求めよ。
Th: 95 → 60 °CTc: 30 → 70 °C
ΔTlm = K
3.ふつう
並流熱交換器が 110 kW を伝える。 伝熱面積は 4 m² である。高温流体は 125 から 90 °C まで冷え、低温流体は 20 から 55 °C まで温まる。熱通過率 U を求めよ。
Q̇ = 110 kWA = 4 m²Th: 125 → 90 °CTc: 20 → 55 °C
U = W/(m²·K)
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 350 kW を伝えなければならない。高温流体は 120 から 100 °C まで冷え、低温流体は 15 から 40 °C まで温まる。この配置の LMTD 補正係数は F = 0.85、U = 300 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 350 kWF = 0.85U = 300 W/(m²·K)Th: 120 → 100 °CTc: 15 → 40 °C
A = m²
5.むずかしい
高温の油（1 kg/s、cp = 2.3 kJ/(kg·K)）が向流熱交換器で 160 から 55 °C まで冷える。油は 10 °C で流入する水 1 kg/s（cp = 4.18 kJ/(kg·K)）を加熱する。U = 200 W/(m²·K) のとき、必要な伝熱面積 A を求めよ。
ṁh = 1 kg/scp,h = 2.3 kJ/(kg·K)Th: 160 → 55 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 10 °CU = 200 W/(m²·K)
A = m²
6.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 155 から 120 °C まで冷える。油は 20 °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: 155 → 120 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °CU = 1500 W/(m²·K)
A = m²
解答
- 1. Q̇ = 73.2 kW
- 2. ΔTlm = 27.42 K
- 3. U = 431.6 W/(m²·K)
- 4. A = 16.64 m²
- 5. A = 18.35 m²
- 6. A = 0.705 m²
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。