1.やさしい
向流熱交換器の伝熱面積は 5 m²、熱通過率は 500 W/(m²·K) である。高温流体は 120 から 80 °C まで冷え、低温流体は 20 から 75 °C まで温まる。伝熱量 Q̇ を求めよ。
A = 5 m²U = 500 W/(m²·K)Th: 120 → 80 °CTc: 20 → 75 °C
Q̇ = kW
解答つき熱交換器 (LMTD)ワークシート
2.やさしい
向流熱交換器で、高温流体が 90 から 55 °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: 90 → 55 °CTc: 15 → 35 °C
ΔTlm = K
3.ふつう
向流熱交換器が 390 kW を伝える。 高温流体は 170 から 65 °C まで冷え、低温流体は 30 から 105 °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 = 390 kWU = 300 W/(m²·K)Th: 170 → 65 °CTc: 30 → 105 °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 180 kW を伝えなければならない。高温流体は 180 から 70 °C まで冷え、低温流体は 30 から 130 °C まで温まる。この配置の LMTD 補正係数は F = 0.8、U = 500 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 180 kWF = 0.8U = 500 W/(m²·K)Th: 180 → 70 °CTc: 30 → 130 °C
A = m²
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 = 2 kW/K である。高温流体は 95 °C、低温流体は 30 °C で流入する。熱交換器の A = 2 m²、U = 800 W/(m²·K) である。高温側の出口温度 Th,out を求めよ。
Ch = Cc = 2 kW/KTh,in = 95 °CTc,in = 30 °CA = 2 m²U = 800 W/(m²·K)
Th,out = °C
6.むずかしい
伝熱面積 6 m²、U = 1000 W/(m²·K) の復水器の管の外側で、蒸気が一定の 105 °C で凝縮する。冷却水（1 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）は 25 °C で管に流入する。水の出口温度 Tc,out を求めよ。
Ts = 105 °CA = 6 m²U = 1000 W/(m²·K)ṁ = 1 kg/scp = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 25 °C
Tc,out = °C
解答
- 1. Q̇ = 130.4 kW
- 2. ΔTlm = 47.1 K
- 3. A = 26.83 m²
- 4. A = 10.04 m²
- 5. Th,out = 66.11 °C
- 6. Tc,out = 85.96 °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。