【境膜伝熱係数】を解説：ニュートンの冷却法則の比例定数

概要

一般に対流伝熱の伝熱係数を境膜伝熱係数hといいます。
対流伝熱はニュートンの冷却法則で表されます。

$$Q=hA(T_{b}-T_{w})$$

Q：交換熱量[kJ/h]、h：境膜伝熱係数[kJ/(hm²K)]、A：伝熱面積[m²]、
Tb：バルク流体の温度[K]、Tw：壁面温度[K]

上式にニュートンの冷却法則を示します。

境膜伝熱係数は流体の流速や熱物性に依存しますが、実測するのが困難な値です。
そのうえ解析的に求められる式はないため、経験式を使用して算出します。

また、プラントにある機器は熱交換器や撹拌槽などの高温流体、低温流体を接触させて熱交換するものが多いです。

その機器の伝熱能力を知るためには高温流体側の境膜係数と低温流体側の境膜係数の両方を算出する必要があります。

熱交換器の伝熱計算はある程度確立されており、例えばAspenは汎用的な伝熱計算ソフト（Aspen Exchanger Design & Rating）を出しています。

その一方で撹拌槽は形状によって流体の流れが大きく異なるため、未だに体系化されていない印象です。

このブログでは撹拌槽、熱交換器の境膜伝熱係数の計算式をまとめていく予定です。

各装置の境膜伝熱係数

撹拌槽

熱交換器