1.やさしい
向流熱交換器の伝熱面積は 8 m²、熱通過率は 1500 W/(m²·K) である。高温流体は 115 から 40 °C まで冷え、低温流体は 25 から 85 °C まで温まる。伝熱量 Q̇ を求めよ。
A = 8 m²U = 1500 W/(m²·K)Th: 115 → 40 °CTc: 25 → 85 °C
Q̇ = kW
解答つき熱交換器 (LMTD)ワークシート
2.やさしい
高温の油（1 kg/s、cp = 2.1 kJ/(kg·K)）が向流熱交換器で 180 から 100 °C まで冷える。油は 10 °C で流入する 1 kg/s の水（cp = 4.18 kJ/(kg·K)）を加熱する。周囲への熱損失はない。水の出口温度 Tc,out を求めよ。
ṁh = 1 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 180 → 100 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 10 °C
Tc,out = °C
3.ふつう
復水器で、蒸気が管の外側で一定の 130 °C で凝縮する。冷却水（2 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）が管内を流れ、15 から 45 °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 = 130 °Cṁ = 2 kg/scp = 4.18 kJ/(kg·K)Tc: 15 → 45 °CU = 1000 W/(m²·K)
A = m²
4.ふつう
復水器で、蒸気が管の外側で一定の 130 °C で凝縮する。冷却水（3 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）が管内を流れ、20 から 50 °C まで温まる。熱通過率は 2000 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Ts = 130 °Cṁ = 3 kg/scp = 4.18 kJ/(kg·K)Tc: 20 → 50 °CU = 2000 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（0.8 kg/s、cp = 2.1 kJ/(kg·K)）が内管を流れ、135 から 95 °C まで冷える。 環状部の水（0.3 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 = 500 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 = 0.8 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 135 → 95 °Cṁc = 0.3 kg/sTc,in = 20 °CD = 32 mmU = 500 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 110 °C、低温流体は 25 °C で流入する。熱交換器の A = 6 m²、U = 200 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 = 110 °CTc,in = 25 °CA = 6 m²U = 200 W/(m²·K)
Th,out = °C
解答
- 1. Q̇ = 259.7 kW
- 2. Tc,out = 50.19 °C
- 3. A = 2.527 m²
- 4. A = 1.997 m²
- 5. L = 19.67 m
- 6. Th,out = 50 °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。