例題集

対流熱伝達(4) 熱通過

適用レベル   難易度: ★★★
厚さ$0.05\,\rm{m}$の鉄板があり,一方の表面は$80^\circ \rm{C}$に保たれ,他方の表面は$5^\circ \rm{C}$の水の流れに接触している.鉄板の熱伝導率を$40\,\rm{W/(m\cdot K)}$,鉄板表面の水との熱伝達率を$400\,\rm{W/(m^2\cdot K)}$としたとき,以下の問いに答えよ. $(1)$ 鉄板から水に流出する熱流束$\rm{[W/m^2]}$を求めよ. $(2)$ 鉄板の水に接触している側の表面温度$[{\rm{K}}]$を求めよ.
$(1)$ 求めるべき熱流束を$q$で表すと \[ \begin{align} q&=\frac{80-5}{\frac{0.05}{40}+\frac{1}{400}}\\ &=75\times\frac{800}{3}\\ &=\underline{20000\, \rm{W/m^2}} \end{align} \] $(2)$ 求めるべき表面温度を$T$で表すと \[ \begin{align} q&=20000=400\times[80-(T-273.15)]\\ \therefore T&=80-50+273.15\\ &=\underline{303.15\, \rm{K}} \end{align} \] 或いは \[ \begin{align} 20000&=\frac{40}{0.05}\times[(T-273.15)-5]\\ \therefore T&=\frac{20000}{800}+5+273.15\\ &=\underline{303.15\, \rm{K}} \end{align} \]