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書記が物理やるだけ#251 自然対流熱伝達

自然対流熱伝達について簡単にまとめておく。


問題



説明

流体中に物体を放置しておくことで,浮力が生じることで流れが発生する。


解答

運動量方程式については浮力の項を加える必要がある。他の方程式は強制対流熱伝達と同様である。ここで無次元化を施すことで,グラスホフ数が導出できる。


以下,解析解を導出する手順を示すが,ここは飛ばしても差し支えない。


ここで,グラスホフ数とプラントル数の積であるレイリー数が導出できる。


まずは層流と乱流の境界を求めてみる。ここではレイリー数の式を変形することとなる。


板を垂直に立てたとき,レイリー数からヌセルト数,熱伝達率,伝熱量と順に導出していく。


板を水平にしたとき,上昇流が発生して周りの流体が平面に流れ込むため,効率の良い熱伝達が起こる。


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