2020 熱と流体の流れの基礎

10問 • 2年前

問題一覧

流体の圧力はすべての方向に同じ強さで伝わり、任意の面に垂直に働く。これを( 1 )の原理という。圧力計は大気圧との差を示すものが多く、この大気圧との差で示した圧力を( 2 )という。

パスカル, ゲージ圧

非圧縮性流れでエネルギー損失のない場合に成り立つエネルギー保存の式は( 1 )の式と呼ばれ、流体が保有する圧力のエネルギー、( 2 )エネルギー、位置エネルギーの三者の和が一定になることを表している。動粘性流体の流れでは、流体が保有するエネルギーの一部が無効エネルギー(熱)となって散逸する。流体の粘性の大きさは粘性率(粘度、粘性係数)で与えられ、その単位は( 3 )である。

ベルヌーイ, 運動, Pa・s

流体に用いられるポンプの性能、種類及び運転特性について考える。幾何学的形状が相似な二つのポンプの吐出体積流量の比は、設計点付近において、歯車の回転速度の比の( 1 )乗に比例し、羽根車の直径の比の( 2 )乗に比例する。

1, 3

比速度はポンプの形式を選定する上で重要なパラメータである。比速度の定義式より、比速度はポンプの( 1 )に比例し、流量の平方根に比例することがわかる。片吸込渦巻ポンプ、両吸込渦巻ポンプ、軸流ポンプ、斜流ポンプの比速度を比較すると、一般的に比速度が最も大きいのは( 2 )ポンプである。

回転速度, 軸流

ポンプ内部において、流路中のある位置における流体の圧力が飽和蒸気圧力以下になるとキャビテーションが生じ、気泡の発生・崩壊とともに揚程が急激に低下する。液面より高い位置に設置されたポンプで液体を吸い込む場合、キャビテーションは( ? )部で発生することが多い。

羽根車入口

円管内の流れの圧力損失について考える。円管の内直径をD、長さをLとすると、圧力損失ΔPは次式で与えられる。 ΔP=f×L/D×1/2×ρ×w² -① ここで、fは( 1 )係数、ρは流体の密度、wは管断面平均流速である。円管内の流れが層流の場合、fは次式で与えられる。 f=64/Re -② 一方、円管内の流れが乱流の場合、fについて次の実験式が知られている。 f=0.316/Re^1/4 -③ 式②及び式③におけるReはレイノルズ数であり、流体の動粘性率(動粘度、動粘性係数)vを用いて、次式で定義される無次元数である。 Re=( 2 ) Reが大きくなると流れは層流から乱流に遷移するが、Reが2300以下では層流、2300を超えると乱流として取り扱うのが一般的である。

管摩擦, wD/v

伝熱には異なる物体表面間での電磁波によるエネルギー輸送は( 1 )と呼ばれる。( 1 )では、物体表面の温度に応じて表面からのエネルギー放射量の波長による分布が変化し、物体が黒体と見なせる場合には、エネルギーの射出量が極大値を与える波長は温度上昇によって( 2 )。これを( 3 )の変位則と呼ぶ。

放射伝熱, 短い波長に移る, ウイーン

個体壁面とその面に接して流れる流体との間の熱移動は熱伝達と呼ばれる。相変化を伴わない熱伝達では、ポンプやファンによって生じる( 1 )対流の場合の方が、流体の温度変化による密度差に応じた浮力を駆動力として生じる( 2 )対流の場合よりも熱伝達率の値は通常高くなる。相変化を伴う熱伝達では( 3 )の移動が加わるので熱伝達率の値は相変化を伴わない場合よりも高くなる。

強制, 自然, 潜熱

高温流体と低温流体の間で熱交換を行う二重管式熱交換器について考える。二重管式熱交換器は、高温流体と低音流体の流れる向きに応じて( 1 )と( 2 )に分類される。 ( 2 )の方が管軸方向各位置での両流体間の温度差が平均的に大きな値で維持されるので、より効率良く熱交換を行える形式といえる。

並流形, 向流形

高温流体と低温流体の間で熱交換を行う二重管式熱交換器について考える。二重管式熱交換器では、管軸方向各位置で高温流体と低温流体の温度差が大きく変化する場合があるので、全交換熱量を算出する際には、流体が出入りする熱交換器の一端における高温流体と低温流体の温度差、及び他端における両流体の温度差を用いて表される平均的な温度差である( 1 )を定義して用いる。この温度差に伝熱面積と( 2 )を乗じることで、全交換熱量を算出することができる。

対数平均温度差, 熱通過率

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