1.やさしい
熱交換器で 3 kg/s の軽油（cp = 2.1 kJ/(kg·K)）が 60 から 25 °C まで冷却される。 伝熱量 Q̇ を求めよ。
ṁ = 3 kg/scp = 2.1 kJ/(kg·K)T: 60 → 25 °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 145 から 65 °C まで冷え、低温流体が 25 から 65 °C まで温まる。対数平均温度差 ΔTlm を求めよ。
Th: 145 → 65 °CTc: 25 → 65 °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 420 kW を伝えなければならない。高温流体は 120 から 45 °C まで冷え、低温流体は 15 から 60 °C まで温まる。この配置の LMTD 補正係数は F = 0.95、U = 800 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 420 kWF = 0.95U = 800 W/(m²·K)Th: 120 → 45 °CTc: 15 → 60 °C
A = m²
4.ふつう
向流熱交換器が 300 kW を伝える。 伝熱面積は 4 m² である。高温流体は 145 から 120 °C まで冷え、低温流体は 10 から 60 °C まで温まる。熱通過率 U を求めよ。
Q̇ = 300 kWA = 4 m²Th: 145 → 120 °CTc: 10 → 60 °C
U = W/(m²·K)
5.むずかしい
向流二重管式熱交換器で、高温の油（1 kg/s、cp = 2.5 kJ/(kg·K)）が内管を流れ、125 から 55 °C まで冷える。 環状部の水（1.5 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）は 10 °C で流入する。内管の直径は 20 mm で、U = 200 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 = 1 kg/scp,h = 2.5 kJ/(kg·K)Th: 125 → 55 °Cṁc = 1.5 kg/sTc,in = 10 °CD = 20 mmU = 200 W/(m²·K)
L = m
6.むずかしい
高温の油（0.5 kg/s、cp = 2.5 kJ/(kg·K)）が向流熱交換器で 175 から 100 °C まで冷える。油は 25 °C で流入する水 2 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 = 0.5 kg/scp,h = 2.5 kJ/(kg·K)Th: 175 → 100 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 25 °CU = 200 W/(m²·K)
A = m²
解答
- 1. Q̇ = 220.5 kW
- 2. ΔTlm = 57.71 K
- 3. A = 12.77 m²
- 4. U = 773.5 W/(m²·K)
- 5. L = 218.5 m
- 6. A = 4.523 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。