1.やさしい
向流熱交換器の伝熱面積は 5 m²、熱通過率は 300 W/(m²·K) である。高温流体は 85 から 40 °C まで冷え、低温流体は 10 から 70 °C まで温まる。伝熱量 Q̇ を求めよ。
A = 5 m²U = 300 W/(m²·K)Th: 85 → 40 °CTc: 10 → 70 °C
Q̇ = kW
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 0.8 kg/s の軽油（cp = 2.1 kJ/(kg·K)）が 15 から 40 °C まで加熱される。 伝熱量 Q̇ を求めよ。
ṁ = 0.8 kg/scp = 2.1 kJ/(kg·K)T: 15 → 40 °C
Q̇ = kW
3.ふつう
向流熱交換器が 220 kW を伝える。 伝熱面積は 10 m² である。高温流体は 150 から 35 °C まで冷え、低温流体は 20 から 140 °C まで温まる。熱通過率 U を求めよ。
Q̇ = 220 kWA = 10 m²Th: 150 → 35 °CTc: 20 → 140 °C
U = W/(m²·K)
4.ふつう
復水器で、蒸気が管の外側で一定の 110 °C で凝縮する。冷却水（1 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）が管内を流れ、30 から 85 °C まで温まる。熱通過率は 3000 W/(m²·K) である。必要な伝熱面積 A を求めよ。
Ts = 110 °Cṁ = 1 kg/scp = 4.18 kJ/(kg·K)Tc: 30 → 85 °CU = 3000 W/(m²·K)
A = m²
5.むずかしい
高温の油（0.5 kg/s、cp = 2.3 kJ/(kg·K)）が向流熱交換器で 160 から 75 °C まで冷える。油は 20 °C で流入する水 0.5 kg/s（cp = 4.18 kJ/(kg·K)）を加熱する。U = 300 W/(m²·K) のとき、必要な伝熱面積 A を求めよ。
ṁh = 0.5 kg/scp,h = 2.3 kJ/(kg·K)Th: 160 → 75 °Cṁc = 0.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °CU = 300 W/(m²·K)
A = m²
6.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 = 2.1 kJ/(kg·K)）が内管を流れ、155 から 50 °C まで冷える。 環状部の水（1.5 kg/s、cp = 4.18 kJ/(kg·K)）は 15 °C で流入する。内管の直径は 32 mm で、U = 400 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 = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 155 → 50 °Cṁc = 1.5 kg/sTc,in = 15 °CD = 32 mmU = 400 W/(m²·K)
L = m
解答
- 1. Q̇ = 32.46 kW
- 2. Q̇ = 42 kW
- 3. U = 1784 W/(m²·K)
- 4. A = 1.621 m²
- 5. A = 4.498 m²
- 6. L = 14.94 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。