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技術士一次試験 専門科目 機械部門 R1 Ⅲ-26

令和1年

Ⅲ-26

図に示すように一定温度T1の熱源の表面に壁が設置されており、その壁の表面が温度T2の外気にさらされている。壁の厚さをL、熱伝導率をk、壁表面での熱伝達率をhとするとき、定常状態において熱源から外気に伝わる熱流束として、最も適切なものはどれか。

 

 

解答

 

解説

[解くために必要な知識]

平板の熱通過について図26.1に整理します。高温側から低温側までの全熱抵抗Rは次の通りです。

 

 R=1/h1+δ/λ+1/h2

 

h1:高温流体から平板へのの熱伝達率

δ:平板の厚み

λ:平板の熱伝導率

h2:平板から低温流体への熱伝達率

 

では問題を解いていきます。

 

壁は熱源と接触しておりその温度はT1のため、壁の高温側がT1、低温側がT2であり、壁の厚みがL、その熱伝導率がk、さらに壁表面の熱伝達率がhのため、熱流束qおよび熱抵抗Rは次のようになります。

 

 q=1/R(T1-T2)

 R=L/k+1/h

よって、

 q=(T1-T2)/(L/k+1/h)

 

 q=kh(T1-T2)/(hL/k+k)  //