書記が物理やるだけ#249 外部流の強制対流熱伝達

強制対流熱伝達の具体例について，まずは外部流によるものから考える。

問題

説明

解析解の導出を後で示すが，実際には以下のような公式を使えるようになっておけば十分。強制対流熱伝達では，層流か乱流かで伝熱量などに違いが生じてくる。

円柱上に空気が流れる場合，気流は複雑な経路を辿る。今回はChurchill-Bernsteinの相関式を用いるにとどめておく。

解答

層流の流束分布はブラジウスの解で表される。境界層の厚さについて近似することで，より簡単な方程式に帰着できる。

一方で，層流の温度分布はポールハウゼンの解で表される。

これらの式からヌセルト数を見積もることができる。

具体例として，まず平板について考える。この場合は最初は層流で端から1.047m以降で乱流になる。

板を90°回転すると，長さ1mなので全て層流となる。以下で示すように，伝熱面積は同じでも，伝熱長さが違うことで伝熱量は変わってくる。

円柱に空気が流れる場合の各パラメータを求める。

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