伝熱
熱の伝わり方には、いくつかの種類に分類されます。
伝導伝熱・・・同一物質内における熱移動を伝導伝熱を言います。
対流伝熱・・・固体と流体間の熱移動を対流と言います。
自然対流・・・温度の変化によって流体に密度差ができると浮力が発生し、この浮力によって起こる流れを言います。
強制対流・・・熱源のほかに、人為的、機械的な外部からのはたらきかけによって生じる対流を言います。
放射伝熱・・・熱を持った物質から電磁波として熱が放射される現象。熱放射によって熱が移動することを言います。
熱伝達・・・液体や固体表面間の熱移動を言います。
温度境界層・・・固体と流体の温度差がある場合、両者の接触領域で温度は大きく変化します。 この層のことを言います。
フーリエの法則・・・物体内に温度差がある場合、熱の流れに垂直な面において、内面の温度をt1、外面の温度をt2が時間的に変化しないとすると、通過する熱の量（q）は、伝熱面積Aと両面の温度差に比例し、壁の厚みlに反比例するという法則です。
q：熱流束[W/m2]、k：熱伝導度[W/(m・K)]、T：温度[K]、l：物質の厚み[m]
熱伝導率kは物質の構造に関係する固有の物性値で、温度に依存します。一般に金属は大きく、次いで非金属固体あるいは液体、気体の順に小さくなります。
また、熱交換器で用いられる金属は銅、炭素鋼、ステンレス鋼の順に熱伝導率は小さくなります。
熱貫流・・・固体壁で隔てられた温度の異なる2つの流体間の熱の移動を言います。
熱貫流については、熱交換器に関しての問題として出題されます。ある流体の温度をt1、もう1つの流体の温度をt2とすると、熱流量qは、管壁の伝熱面積Aと温度差および総括伝熱係数の積で表されます。
U：総括伝熱係数、A：管壁の伝熱面積、t1－t2：温度差
熱放射率・・・すべての物体は、その表面から常に熱放射線を放出しています。熱放射率とは、物体からの熱放射のしやすさを表します。
一般に光沢のある金属面は放射率が小さく、表面が酸化されたり汚染されると放射率が大きくなります。また、絶縁物は一般的に放射率が大きくなります。
黒体・・・受けた熱放射線をすべて吸収してしまう仮想的物体を言います。
放射伝熱・・・放射伝熱のエネルギーEは下記の式で表される。
E = σT4
σ：ステファン・ボルツマン定数、T：絶対温度
分離
蒸留・・2つの混合液体を沸点の違いを利用して分離する方法
ガス吸収・・気体原料と液体分離剤を接触させ、気体の溶解性の違いを利用して、溶質ガスを液体へ移動させる操作
気体の液体への溶解度は、その物質の気相分圧が高いほど、温度が低いほど増加する。温度一定下では、その物質の気相分圧が低く、かつ溶解度が小さいとき、溶解度は気相の分圧に比例する。
PSA(Pressure Swing Adsorption)・・・圧力を変化させることで、混合ガスの内、吸着剤へ吸着しやすい物質を吸着させ、その後吸着剤から分離することで、ガスを分離する方法です。吸着塔での圧力操作は短時間で行われるため、大量のガスを処理することができます。
PSAでは、非極性ガスであるH2、N2、Arに用いられる。また、この時、吸着剤として活性炭、ゼオライト、モレキュラーシーブスが用いられます。
TSA(Temperature Swing Adsorption)・・・力を変化させることで、混合ガスの内、吸着剤へ吸着しやすい物質を吸着させ、その後吸着剤から分離することで、ガスを分離する方法です。温度の変化自体が時間がかかるため、一度に短時間で大量のガスを処理できません。そのため、不純物質の少ない精製に用いられます。
多孔質膜・・・たくさんの小さながあり、その穴より大きい物質は透過せず、穴より小さい物質のみを通すことで分離します。
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