【危険物乙4】熱の伝わり方は伝導伝熱・対流伝熱・ふく射伝熱の3種類

物理化学工学

NEONEEETです。

ふく射伝熱って何ですか?

別に知らなくても良いですよ。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象にしています。

この記事を読むと、熱の伝わり方の種類を知ることができます。

危険物乙4で使うのか?

伝熱とは熱を伝えるという意味で、専門の学問として成立しています。

これって危険物乙4で必要な知識でしょうか?

そうは思いません。

多分必要ありません。

熱量の概念だけで十分でしょう。

でも伝熱という概念があること、日常生活でも身近な概念ということは知っておいて欲しいです。

熱の伝わり方は3種類

熱の伝わり方には3種類あります。

熱の伝わり方は伝熱工学の議論で真っ先に出てくる概念です。

伝導伝熱・対流伝熱・ふく射伝熱の3つに分類されます。

熱を扱うので当然ながら、熱量が基本の概念になります。

以下のサイトも参考になります。

伝熱の基礎 ~3種類の伝熱の違いを比較しよう~ | CAD Japan.com
熱の伝わり方は大きく分けて熱伝導、対流、ふく射の三種類が存在します。今回は熱流体解析ソフト SolidWorks Flow Simulationを使用し、電子機器筐体モデルを例として3種類の伝熱の違いを比較してみましょう。

伝導伝熱

伝熱の3種のうち、最初は伝導伝熱です。

伝導伝熱は「熱が物質中を次々と伝わる」現象です。

ポイントは動いている物がないこと。

伝導なので動かずに伝えるという点が重要なのでしょう。

固体物理学の分野で扱います。

伝導伝熱は物質中の伝熱をターゲットにしています。

実質は固体に限定されていると思ってください。

  • 熱伝導度というパラメータで示す
  • 熱伝導度が高い方が熱が伝わりやすい
  • 熱伝導度は固体>液体>気体の順番
  • 金属の熱伝導度は高い。
  • 一般には銅が最も熱伝導度が高く、空気は非常に低い

以下のイメージ図を見てください。

固体を挟んで片側が高温・反対側が低温だとします。

この時に熱は固体中を伝わります。

まぁ当然ですよね。

夏や冬の部屋で窓から熱が伝わるのはこのイメージです。

空気は熱を伝えにく、魔法瓶はこの原理を使っています。

対流伝熱

対流伝熱は流体の温度差によって流体が移動して、温度が伝わる現象です。

対流伝熱は伝導伝熱と違い、動きをイメージするものです。

伝導伝熱のように、物の動きがない場所での伝熱ではありません。

例えば以下のようなイメージです。

T2という温度の固体は動きません。

T1という温度の流体側は動きます。

流体と固体に温度差があり流体が動くことで、伝熱が進みます。

もちろん流体が止まっていても熱は伝わります。これは伝導伝熱。

流体が動くと熱の伝わりが速くなります。

お風呂を温めるときにかき混ぜる方が速く均一な温度になりますよね。

これと同じです。

流体の伝導伝熱以外に、流体そのものを動かして熱を伝えるので対流伝熱です。

対流伝熱は物質をしていしたら決まるというものではありません。要素は複雑です。

ふく射伝熱

ふく射伝熱は間に媒体がなくても伝わる熱です。

伝導伝熱は固体が媒体になり、対流伝熱は流体が媒体になります。

これらのモノがあることで熱が伝わります。

ふく射伝熱は違います。

ふく射伝熱は、媒体がなくても伝わります。

典型例は太陽光

太陽光を浴びると暑く感じますよね。

これは太陽から放射される日航から熱を受けているからです。

太陽光って宇宙から伝わりますよね。

宇宙には固体はおろか流体らしきものもありません。

モノ、つまり媒体がなくても熱が伝わるのがふく射伝熱です。

イメージとしては以下の理解で良いでしょう。

赤い熱を持ったモノから媒体がなくても、青い板に熱が伝わるイメージです。

最後に

伝熱の3形態を紹介しました。

伝導伝熱は動かないモノを伝わる熱・対流伝熱はモノが動くことで伝わる熱・ふく射伝熱は媒体がなく伝わる熱

この記事が記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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