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基礎化学工学
伝熱
１．ガラスの熱伝導率 k は 0.72 [W m-1 K-1]である。厚さ
5mm のガラスで部屋側が 20℃，外の温度が 0℃のと
き，ガラスを伝わって移動する熱流束を求めよ。ガラス
の面積が 2 m2 のとき，失われる熱量はどの程度か？
家庭用の電熱器との比較を行ないなさい。
２．厚さ 100mm の平板状の耐火煉瓦（熱伝導度 1.24 J m-1
s-1 K-1)がある。炉の内壁の温度を 550℃，炉の外側温
度を 200℃の時，煉瓦を通して流れる熱流束を計算せ
よ。この熱流束は，炉から外に捨てられる熱損失に相当する。また，炉の面積を 20m2 とするとき，全熱損失を
求めよ。
３．上の煉瓦の外側を，厚さ 100mm の断熱材（熱伝導度 0.03 J m-1 s-1 K-1)で被ったところ炉の外側温度は 50℃
まで低下した。炉の内壁の温度は 550℃である。このときの，熱損失を計算せよ。また，中間温度を求めなさ
い。
４．内径 R1（温度 T1），外径 R2（温度 T2）の球殻の場合，
T  T2  （
( 1 / r  1 / R2 )T1  ( 1 / r  1 / R1 )T2
，全伝熱量 Q  kAlm k 1
温度 T 
Alm  A1 A2 ）がテキスト(3.20)，(3.21)
R2  R1
1 / R1  1 / R2
式）で与えられることを示しなさい。また，温度分布の概略を示しなさい。
５．外径 30mm の管に厚さ 40mm の保温材を巻いてある。管外側の温度が 120℃，保温材表面の温度が 35℃の
とき，管長 10m あたりの熱損失を求めよ。但し，保温材の熱伝導度は 0.048 J m-2 s-1 K-1 である。
６-1．内径 2 cm（厚み 2 mm）の配管（真鍮）中を 1 m s-1 で水が流れている。このときの，水のレイノルズ(Re)を求
めよ。また，水側の境膜伝熱係数,および境膜厚みを求めよ。ただし，Nu=0.023 Re0.8 Pr0.4 の関係を用いる。
水の物性値は，粘度μ=0.00072 kg (m s)-1, 熱伝導度 k =0.6 J (m s K)-1, 比熱容量 Cp= 4186 J (kg K)-1, 密
度ρ=995 kg m-3 とする。
また,流速 10 m s-1 での伝熱係数および境膜厚みを求めよ。
６－２．真鍮の熱伝導度 k =100 J m-1 s-1 K-1，管外側の伝熱係数 h2=1000 J m-2 s-1 K-1 とき，外径基準（24mm）総
括伝熱係数を求めよ。
７．二重管型熱交換器の管内（チューブ側；内径（直径）4 cm，肉厚 1mm；鋼管 k=386 W m-1 K-1）を温水が 1 m/s
で流れ，向流に流れる管外側（シェル側）の水で冷却（入口 20℃，出口 35℃）している。温水の入口温度を
60℃，出口で 40℃，管外側基準の総括伝熱係数 U=2400 J m-2 s-1 K-1 とする。ただし，水の粘度μ=0.7x103
kg (m s)-1，熱伝導度κ=0.60 J/(m s K)，密度ρ=1000 kg m-3，比熱 4186 J kg-1 K-1 とする。
(1) 移動した全熱量（伝熱量）を算出せよ。
(2) 冷却水量を求めよ。
(3) 必要伝熱面積を求めよ。また，熱交換器の長さはいくらとなるか？
８．(1)二重管型熱交換器（外管の内径 53 mm，内管の内径 36 mm）の円環部に 20℃の熱媒体を 3 kg/s で流し
て，60℃まで加熱したい。内管に 95℃の温排水（2.28 kg/s）で向流で流す。温排水と熱媒体の比熱容量を
それぞれ 4.2x103，1.6x103 J/(kg K)とし，内管の内径基準の総括伝熱係数を U=1940 J/(m2 s K)とする。管
長さ L を求めよ。
(2) (1)の条件で，並流の場合の長さを求めよ。

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