1.やさしい
並流熱交換器で、高温流体が 115 から 100 °C まで冷え、低温流体が 15 から 85 °C まで温まる。対数平均温度差 ΔTlm を求めよ。
Th: 115 → 100 °CTc: 15 → 85 °C
ΔTlm = K
解答つき熱交換器 (LMTD)ワークシート
2.やさしい
熱交換器で 0.2 kg/s の軽油（cp = 2.1 kJ/(kg·K)）が 85 から 55 °C まで冷却される。 伝熱量 Q̇ を求めよ。
ṁ = 0.2 kg/scp = 2.1 kJ/(kg·K)T: 85 → 55 °C
Q̇ = kW
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 560 kW を伝えなければならない。高温流体は 90 から 75 °C まで冷え、低温流体は 25 から 75 °C まで温まる。この配置の LMTD 補正係数は F = 0.9、U = 500 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 560 kWF = 0.9U = 500 W/(m²·K)Th: 90 → 75 °CTc: 25 → 75 °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 350 kW を伝えなければならない。高温流体は 115 から 55 °C まで冷え、低温流体は 25 から 100 °C まで温まる。この配置の LMTD 補正係数は F = 0.8、U = 1000 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Q̇ = 350 kWF = 0.8U = 1000 W/(m²·K)Th: 115 → 55 °CTc: 25 → 100 °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 = 1.5 kW/K である。高温流体は 145 °C、低温流体は 20 °C で流入する。熱交換器の A = 2 m²、U = 500 W/(m²·K) である。高温側の出口温度 Th,out を求めよ。
Ch = Cc = 1.5 kW/KTh,in = 145 °CTc,in = 20 °CA = 2 m²U = 500 W/(m²·K)
Th,out = °C
6.むずかしい
並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、140 から 75 °C まで冷える。 環状部の水（1.5 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）は 25 °C で流入する。内管の直径は 40 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 = 0.8 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 140 → 75 °Cṁc = 1.5 kg/sTc,in = 25 °CD = 40 mmU = 200 W/(m²·K)
L = m
解答
- 1. ΔTlm = 44.8 K
- 2. Q̇ = 12.6 kW
- 3. A = 42.81 m²
- 4. A = 20.22 m²
- 5. Th,out = 95 °C
- 6. L = 66.49 m
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。