熱流束・熱フラックスを熱量、伝熱量、断面積から計算する方法【熱流束の求め方】

↑電気化学の初心者向けのnote(電子書籍)を書いています。教科書・参考書を読む前に読むと電気化学の楽しさをきっと理解できます。

熱流束・熱フラックスを熱量、伝熱量、断面積から計算する方法【熱流束の求め方】

 

熱的なデータ解析を行う際に、よく熱流束、熱フラックスという言葉を使用することがあります。

 

この熱流束、熱フラックスの意味やどのように計算されるか理解していますか。

 

ここでは、熱流束の定義や求め方、電熱量などとの関係性について解説していきます。

 

・熱流束・熱フラックスの定義や単位は?

 

・熱流束・熱フラックスを熱量、伝熱量、断面積から計算する方法【熱流束の求め方】

 

というテーマで解説していきます。

 

 

熱流束・熱フラックスの定義や単位は?

 

熱流束とは、別名熱フラックスとも呼び、単位時間、単位面積(断面積)あたりの熱量[J]を指します。流速の速はたばの方の「束」であることを理解しておきましょう。

 

 

なお、単位時間あたりの熱量のことを伝熱量Q[J/s=W]とも呼び、伝熱量/断面以下の形で熱流束(熱フラックス)を表現することもあります

 

 

上の熱流束の定義からもわかるように、熱流束の単位は、[J/(m2・s)][W/m2]となるのです。

 

逆に伝熱量(通貨する熱量)は、熱流束を時間で積分したものともいえます。さらに、伝熱量に断面積をかけたものが、熱量に変換(換算)できるともいえます。

 

なお、熱の移動の種類としては、こちらで解説しているように熱伝導、対流電熱(熱伝達)、放射伝熱の3形態あります。

 

いずれにせよ、上述の通りの定義考えていくことで、熱流束(熱フラックス)が計算できることには変わりありません。

 

なお、他の移動で現象である拡散流束(拡散フラックス)や運動量流速と形が似ているため、併せてせて理解しておくといいです。

 

関連記事

 

伝熱の形態
熱伝導とフーリエの法則
対流伝熱とニュートン冷却の法則
放射伝熱とは?

 

熱流束・熱フラックスを熱量、伝熱量、断面積から計算する方法【熱流束の求め方】

 

それでは、熱流束、熱フラックスを熱量、伝熱量、断面積から求めていく方法について確認していきます。

 

例題

 

以下のような平板内を熱伝導により、熱量100Jが10sで伝わるとします。このときの平板の断面積は、0.2m^2であるとするときの伝熱量と熱流束(熱フラックス)を計算していきましょう。

 

 

解答

 

上の換算(変換)式に従って、まず伝熱量を求めていきましょう。

 

伝熱量は、単位時間あたりに通過する熱量であるために、100/10= 10J/s=10Wとなります。

 

さらに、熱流束への換算(変換)式を使用します。伝熱量を断面積で割ったものが熱流束であるため、10/0.2 = 50 W/m2が熱流束(熱フラックス)の数値となります。

 

 

今度は逆に、熱流束(熱フラックス)を伝悦亮や一定時間内に通過する熱量に換算していきましょう。

 

こちらでは上の計算式の逆の手順をたどっていきます。

 

例題2

 

ある平板内を上と同様に、熱伝導により熱が熱流束が10 W/m2で伝わるとします。平板の断面積を0.1m^2とし、熱が伝わるのに要した時間を5sとするときの伝熱量、熱量を計算してみましょう。

 

解答2

 

まずは、熱流束と断面積をかけることによって、伝熱量への換算(変換)を行っていきましょう。

 

10 × 0.1 = 1 W(=J/s)が伝熱量です。

 

さらに、経過時間である5sをかけた 1 × 5 = 5Jが上の時間で通過した分の熱量となるのです。

 

きちんと、熱量、伝熱量、熱流束(熱フラックス)の計算に慣れていきましょう。

 

関連記事

 

伝熱の形態
熱伝導とフーリエの法則
対流伝熱とニュートン冷却の法則
放射伝熱とは?

熱流束・熱フラックスを熱量、伝熱量、断面積から計算する方法【熱流束の求め方】 関連ページ

熱の伝わり方(伝熱の仕方)の種類
フーリエの法則と熱伝導(伝導伝熱) 平板・円筒・球での熱伝導度(熱伝導率)の計算方法
多層平板における熱伝導(伝導伝熱)と伝熱抵抗 熱伝導度の合成
ニュートン冷却の法則や総括伝熱係数(熱貫流率・熱通過率)とは?【対流伝熱】
ニュートン粘性の法則の導出と計算方法 ニュートン流体と非ニュートン流体とは?【粘性係数(粘性率)と速度勾配】
放射伝熱(輻射伝熱)とは?プランクの法則・ウィーンの変位則・ステファンボルツマンの法則とは?
熱交換器の計算問題を解いてみよう 対数平均温度差(LMTD)とは?【演習問題】
比熱の測定方法(簡易版)
熱伝導率の測定・計算方法(定常法と非定常法)(簡易版)
熱拡散率(温度拡散率)と熱伝導率の変換・計算方法【演習問題】
反応速度と定常状態近似法、ミカエリス・メンテン式
ラウールの法則とは?計算方法と導出 相対揮発度:比揮発度とは?【演習問題】
蒸気圧と蒸留 クラウジウス-クラペイロン式とアントワン式
流速と流量の計算・変換方法 質量流量と体積流量の違いは?【演習問題】
流束と流束密度の違いは? 流束と流束密度の計算問題を解いてみよう【演習問題】
流速と流束(フラックス)の違いは? 流束の種類
レイノルズ数、ファニングの式とは?導出方法と計算方法【粘性力と慣性力の比】
単蒸留とは?レイリーの式の導出と単蒸留の図積分を用いた計算問題【演習問題】
フラッシュ蒸留と単蒸留とフラッシュ蒸留の違いは?【演習問題】
連続蒸留とは?蒸留塔の設計における理論段数・最小還流比とは?【演習問題】
蒸留塔における理論段数の算出方法(McCabe-Thiele法による作図)は?理論段数・最小還流比とは?【演習問題】
ベルヌーイの定理とは?ベルヌーイの定理の問題を解いてみよう【演習問題】
反応器(CSTRとPFR)の必要体積の比較の問題【反応工学の問題】
逐次反応 複合反応の導出と計算【反応工学】
並列反応 複合反応の導出と計算【反応工学】
転化率・反応率・選択率・収率 導出と計算方法は?【反応工学】
平均滞留時間 導出と計算方法【反応工学】
反応次数の計算方法 0次・1次・2次反応【反応工学】
粒子の沈降とは?ストークスの法則(式)と終末速度の計算方法【演習問題】
含水率とは?湿量基準含水率と乾量基準含水率の違いは?
参考文献
ヌッセルト数(ヌセルト数)・グラスホフ数・プラントル数
レイリー数(レーレー数)とは?
U字管マノメーターの原理と計算方法
層流・乱流・遷移領域とは?層流と乱流の違い
熱伝導率と熱伝達率の違い【熱伝導度や熱伝達係数との違い】
フィックの法則の導出と計算【拡散係数と濃度勾配】
熱抵抗を熱伝導率から計算する方法【熱抵抗と熱伝導率の違い】
【ハ-ゲンポアズイユの定理】円管における層流の速度分布を計算する方法
質量保存則と一次元流れにおける連続の式 計算問題を解いてみよう【圧縮性流体と非圧縮性流体】
静圧と動圧の違い【位置エネルギーと運動エネルギー】
ゲージ圧力と絶対圧力の違いは?変換(換算)の計算問題を解いてみよう【正圧と負圧の違いは?】

HOME プロフィール お問い合わせ