熱伝達係数とは何ですか？

熱伝達係数は、ある材料から別の材料へ、通常は固体から流体または気体へ、または流体または気体から固体への熱の通過しやすさを定義します。 暖かい湖の上の冷たい空気の場合のように、熱は流体から気体に、またはその逆に移動することもできます。 直接接触する材料の場合、熱は常に高温から低温に流れます。

熱伝達係数は、特に熱を伝達する、または熱を伝達しないことを特に意図した機器を設計する際に常に考慮されます。 調理用鍋、オートバイのエンジンのフィンを冷却する、スプーン一杯の熱すぎるスープを吹く、またはある人が別の人の冷たい手を温めることはすべて、熱伝達率を高める例です。 材料の制約を考慮すると、熱伝達係数を向上させる最大の要因は、コンポーネントの流体相の急速な移動です。 ラジエーターに空気を吹き込んだり、熱交換器で乱流を誘発したり、対流式オーブンで空気を急速に移動させたりすると、静止状態よりもはるかに高い熱伝達係数が得られます。 これは、熱を吸収するためのより多くの分子がより短い時間で熱い表面に提示されるためです。

一方、非常に効果的な断熱材の探索では、各界面の熱伝達係数も考慮されます。 断熱材は、冷蔵庫や冷凍庫、ピクニッククーラー、防寒着、エネルギー効率の高い家にとって重要です。 デッドエアスペース、フォーム内のボイド、および低伝導率の材料はすべて、断熱材の提供に役立ちます。

定量的に、熱伝達係数は、接触している2つの材料の関数です。 駆動力を決定するそれぞれの温度; それぞれ対流や表面の汚れなど、熱伝達を促進または損なう要因。 方程式は、単位面積あたり、隣接する2つの材料間の温度差の度数ごと、および期間ごとに伝達される熱量を決定します。 プラントの生産能力は通常1時間ごとに決定されるため、ヒーターや熱交換器などの産業機器のサイジングの計算は、通常、1時間あたりの熱伝達を解決します。

熱交換器の方程式でよく使用されるような全体的な熱伝達係数は、多くの要因を考慮する必要があります。 この例では、所定の温度の飽和蒸気、蒸気と管の界面、管壁を通る導電率、油などの管内の液体との界面、入ってくる油の温度をすべて考慮する必要があります。 これらの要因からの情報は、熱交換器がどれくらいの大きさを必要とするか、どの設計および材料戦略が最適に機能するかを決定するのに役立ちます。