1.やさしい
熱交換器で 1.5 kg/s のエタノール（cp = 2.44 kJ/(kg·K)）が 30 から 85 °C まで加熱される。 伝熱量 Q̇ を求めよ。
ṁ = 1.5 kg/scp = 2.44 kJ/(kg·K)T: 30 → 85 °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 155 から 105 °C まで冷え、低温流体が 15 から 35 °C まで温まる。対数平均温度差 ΔTlm を求めよ。
Th: 155 → 105 °CTc: 15 → 35 °C
ΔTlm = K
3.ふつう
並流熱交換器が 430 kW を伝える。 高温流体は 115 から 100 °C まで冷え、低温流体は 20 から 80 °C まで温まる。熱通過率は 1000 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 430 kWU = 1000 W/(m²·K)Th: 115 → 100 °CTc: 20 → 80 °C
A = m²
4.ふつう
復水器で、蒸気が管の外側で一定の 140 °C で凝縮する。冷却水（5 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）が管内を流れ、10 から 25 °C まで温まる。熱通過率は 1000 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Ts = 140 °Cṁ = 5 kg/scp = 4.18 kJ/(kg·K)Tc: 10 → 25 °CU = 1000 W/(m²·K)
A = m²
5.むずかしい
向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、105 から 75 °C まで冷える。 環状部の水（0.3 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）は 10 °C で流入する。内管の直径は 40 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: 105 → 75 °Cṁc = 0.3 kg/sTc,in = 10 °CD = 40 mmU = 300 W/(m²·K)
L = m
6.むずかしい
高温の油（1 kg/s、cp = 2.5 kJ/(kg·K)）が向流熱交換器で 140 から 40 °C まで冷える。油は 15 °C で流入する水 0.5 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 = 1 kg/scp,h = 2.5 kJ/(kg·K)Th: 140 → 40 °Cṁc = 0.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 15 °CU = 800 W/(m²·K)
A = m²
解答
- 1. Q̇ = 201.3 kW
- 2. ΔTlm = 104.3 K
- 3. A = 8.933 m²
- 4. A = 2.562 m²
- 5. L = 5.402 m
- 6. A = 24.46 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。