設計の試行錯誤を変えた、新たな熱流体解析ソフトウェア

ホーム > 熱設計トレーニング > 【基礎編】1.1 軸方向熱伝導(2)

基礎編1. 熱伝導1.1 軸方向熱伝導(2)

このトレーニングで学ぶこと

今回は引き続き、固体中を一方向に熱が流れるときを取り上げます。
 特に曲がったり、断面積が途中で変化すると、 温度はどのように変化するのかを考えてみましょう。

目的:棒の曲りや断面積の変化による熱の伝わり方の違いを体験する。

問題1初級
断面積の異なる2つの棒があります。 それぞれの棒は中途で直角に曲がっていますが、 中心線の長さはどれも同じになっています。 この棒の下端を0℃に保った状態で、左端から1Wの熱を流入させたとき、 棒の両端に生じる温度差は、さてどちらが大きい?
※棒の両端以外は断熱の条件を仮定します

熱が流れにくいほど温度差は大きくなる

解答を見る
答1
断面積の小さな (b) の方が (a) より温度差は大きくなる

FlowDesignerで検証

断面積が小さいほど熱は流れにくくなり、温度差も大きくなることがわかりますね。
(図1:温度分布)

閉じる
問題2中級
断面積の異なる3つの棒があります。 それぞれの棒は中途で直角に曲がっていますが、 中心線の長さはどれも同じになっています。 この棒の下端を0℃に保った状態で、左端から1Wの熱を流入させたとき、 棒の両端に生じる温度差はそれぞれ何℃?
※棒の両端以外は断熱の条件を仮定します

解答を見る
答2
(a)は 5℃、(b) は 20℃、(c)は 500℃ の温度差になる。

FlowDesignerで検証

同じ熱量を与えた場合、断面積10mm×10mmの棒と 断面積1o×1oの棒では 温度差は100倍にもなるのですね。 (図2-1:温度分布)

また、この結果は前回のQ2の結果とほぼ同じ値になっていますね。 曲りがあってもほとんど影響を受けていないことがわかります。

ある面の単位面積を単位時間あたりに流れる熱量を熱流束といい、熱の流れる勢いを示します。 (b)と(c)の熱流束分布を比べると、細い (c) のほうが熱流束の値が大きくなります。 また、曲りの内側と外側では、内側のほうが大きくなっています。
(図2-2:熱流束分布と熱流束ベクトル)

要点
温度差は曲がっていてもまっすぐの場合とほとんど変わりません。


閉じる
問題3初級
左半分の断面積が異なる3つの棒があります。 この棒の右端を0℃に保った状態で、左端から10Wの熱を流入させたとき、 棒の両端に生じる温度差は、どの順番で大きい?
※棒の両端以外は断熱の条件を仮定します。
解答を見る
答3
断面積の小さい (c)、(b)、(a) の順に温度差は大きくなります。

FlowDesignerで検証

断面積が小さいほど熱は流れにくくなり、温度差も大きくなることがわかりますね。
(図3:温度分布)

閉じる
問題4中級
左半分の断面積が異なる3つの棒があります。 この棒の右端を0℃に保った状態で、左端から10Wの熱を流入させたとき、 棒の両端に生じる温度差は、それぞれ何℃?
※棒の両端以外は断熱の条件を仮定します
解答を見る
答4
(a)は 50 ℃、(b) は 125 ℃、(c)は 2540 ℃になります。

FlowDesignerで検証

断面積が小さな部分ほど大きな温度差が生じていますね。 (図4-1:温度分布)

(b)と(c)の熱流束分布を比べると、断面積の変化が大きい(c)のほうが、 熱流束の差が大きくなります。 (図4-2:熱流束分布と熱流束ベクトル)

また、(b) の熱流束分布をみると、棒が細いところから太いところへ 熱が広がっている様子がわかります。 (図4-3:熱流束分布と熱流束ベクトル)

要点
断面積の変化に加え、断面積の小さな部分ができると大きな温度差を生じます。




閉じる

考え方や計算式などを詳しく紹介

理論式を見る

ページのトップへ

  • 建築業 意匠設計 FlowDesigner体感セミナー 設計データをそのまま活かせる! BIMと連係した流体解析ソフト。全国で開催!詳しくはこちら
  • 製造業 電気・機械 FlowDesigner熱設計セミナー 試作実験の回数を最小化できる!逆解析で改善ポイントを可視化!全国で開催!詳しくはこちら

製品・サービスのお問い合わせ

製品・サービスのお問い合わせ

FlowDesigner や受託サービスなど気軽にお問い合わせください。

製品・サービスのお問い合わせ

 

パンフレットダウンロード

よくある質問

製品別によくある質問と答え(FAQ)をまとめました。

解析動画集

FlowDesignerによる解析例を動画でご覧ください。

お客様の声

FlowDesignerを使用したお客様からの感想です。