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熱の移動のしかた

Compressed Air Wiki Thermodynamics Basic Theory Physics of Air Compressors

非常に興味深い物理学の一分野が熱力学で、特にエアコンプレッサにおける知見を得たい場合に役立ちます。この記事では、熱力学の概要に続き、熱の移動について説明します。

熱の移動のしかた

熱の移動のしかた

ある物体の内部または異なる物体や系の間に温度差があると、温度平衡に達するまで温度の移動があります。この熱の移動のしかたには3種類あります。

  • 伝導
  • 対流
  • 放射

実際の熱の移動では、これら3種類の移動が同時かつ不均一に起こります。

伝導による熱の移動の式

粒子が直接接触することによる熱の移動が伝導です。固形の物体間または液体や気体の薄い層間で生じます。振動する原子はその運動エネルギーの一部を、振動が小さい周囲の原子に放出します。

対流による熱の移動の式

対流は、高温の個体表面と周囲の静止した流体または移動している流体(気体または液体)間の熱の移動を言い、この流体が別液体と部分的に混合することにより促進されます。温度差による密度の違いの結果として媒質中で生じる媒質の自然な動きを自然対流と言います。たとえばファンやポンプなどの機械的な作用因子により生じる流体の強制的な対流である強制対流もあります。強制対流では、混合の速度が速いためはるかに大きな熱の移動が生じます。

放射による熱の移動

放射は、媒質のない空間を通した熱の移動です。温度が0°Kを超えるすべての物体は、電磁放射によりあらゆる方向へ熱を放射しています。熱線が物体に当たるとエネルギーの一部が吸収され、その物体の温度が上がります。吸収されなかった熱線は物体を通り抜けるか、反射されます。実際には、同時に起こる伝導、対流、および放射による熱の伝達の合計が熱伝達となります。

熱交換器内の熱伝達は、各点において、主要な温度差の関数であり、総熱伝達係数の関数です。この場合は、線形演算のΔTの代わりに対数平均温度差Өmを使用する必要があります。

 対数平均温度差の式

対数平均温度差の定義は、以下の式に従った、熱交換器の両接続サイドにおける温度差の関係です。

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