書記が物理やるだけ#244 伝熱の種類，熱流束

今回から伝熱工学について扱っていく。

問題

まずは基本概念から理解していく。

説明

伝熱とは熱エネルギーが空間のある場所から別の場所に移動する現象であり，熱伝導・対流熱伝達・熱放射に分類される。

伝熱工学における流束は熱流束である。

熱伝導においては，「熱流束は温度勾配に比例する」という経験則であるフーリエの法則が重要。

その他熱伝導で用いる方程式を列挙しておく：

熱伝導方程式を無次元化すると，無次元数であるフーリエ数とビオ数が登場する。

解答

まずは簡単な計算例から，迷いなく計算できるようにしておく。

熱伝導方程式を考える上で重要なのがエネルギーバランスである。このような解法は以後何回も行うことになる。

テイラー展開で整理することで目当ての式が得られる。

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