令和3年度技術士第一次試験問題[機械部門] 専門科目Ⅲ-25 平板の両面が流体と接している時の熱通過率

著者:副業の宮殿|製造業に携わる現役エンジニア。技術士試験対策書籍をKindleで複数出版。技術ブログ「副業の宮殿」にて製造業DX・AI活用の情報を発信中。

 

$ K=  \frac{ 1 }{ \frac{ 1 }{h_1}+\frac{ d }{k}+\frac{ 1 }{h_2}}$

設題より、

$ K=  \frac{ 1 }{ \frac{ 1 }{h_1}}=h_1$

となる。

[解答]⑤

参考

熱伝導率、熱伝達率の計算

熱伝達率と熱伝導率と熱通過率

熱伝導による放熱と電気ヒーターの入熱が釣り合う場合の消費電力

熱の伝導と電気の伝導の対応表に関する空欄穴埋問題

熱通過率は熱抵抗ですか?

良い質問です。

結論から言うと:

熱通過率((U) 値)は熱抵抗ではありません。
ただし、熱抵抗の逆数です。


目次

✅ 定義

● 熱通過率(overall heat transfer coefficient)

[
U = \frac{q}{A \Delta T}
]

単位時間あたりの単位面積の熱流量を温度差で割ったもの
(熱がどれくらい通りやすいか)

単位:W/(m²·K)


● 熱抵抗(thermal resistance)

[
R = \frac{\Delta T}{q}
]

熱がどれだけ通りにくいか

単位:K/W


熱通過率と熱抵抗の関係

[
U = \frac{1}{R_\text{total}}
]

つまり、

  • 熱通過率 (U)通りやすさ
  • 熱抵抗 (R)通りにくさ

の関係。


✅ この問題で使った式の意味

総熱抵抗:

[
R_\text{total} = \frac{1}{h_1} + \frac{d}{k} + \frac{1}{h_2}
]

→ 対流 + 伝導 + 対流 の直列抵抗

熱通過率:

[
U = \frac{1}{R_\text{total}}
]


✅ 例え話

電気回路で:

  • 抵抗 (R) が大きい → 電流流れにくい
  • 熱抵抗 (R) が大きい → 熱が流れにくい

水道管で:

  • 細い管 → 水が流れにくい → 熱抵抗が大きい
  • 太い管 → 水が流れやすい → 熱通過率が大きい

✅ まとめ

項目 意味
熱通過率 (U) 熱の通りやすさ(大きい=よく通る)
熱抵抗 (R) 熱の通りにくさ(大きい=遮断)
関係 [U = 1/R_\text{total}]

必要であれば、
「なぜ熱抵抗を足すと熱通過率になるのか」や
「建築分野のU値」「熱交換器のU」
なども解説できます。

続けますか?

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