電気加熱22【電験3種 機械】対流による熱伝達係数と表面熱抵抗率の穴埋め問題！平成18年度 A問題11 完全解説

今回は平成18年度 機械科目 A問題11を解説します。物体と外界との熱の移動を担う対流と放射、対流による熱流の式I＝αStで登場する熱伝達係数αとその逆数である表面熱抵抗率に関する空所補充問題です。

物体と外界の熱の移動は対流と放射によって行われ、温度差が比較的小さいときは対流が主になります。比例定数αは熱伝達係数と呼ばれ、その逆数1/αは表面熱抵抗率と呼ばれます。電気加熱19・20で学んだ熱抵抗と同じ発想の量です。

平成18年度 機械科目 A問題11：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 機械科目 【電気加熱】 平成18年度 A問題11

　物体とその周囲の外界（気体又は液体）との間の熱の移動は，対流と（ア）によって行われる．そのうち，表面と周囲の温度差が比較的小さいときは対流が主になる．

　いま，物体の表面積をS〔m²〕，周囲との温度差をt〔K〕とすると，物体から対流によって伝達される熱流I〔W〕は次式となる．

　I＝αSt〔W〕

　この式で，αは（イ）と呼ばれ，単位は〔W/(m²・K)〕で表される．この値は主として，物体の周囲の流体及び流体の流速によって大きく変わる．また，αの逆数1/αは（ウ）と呼ばれる．

　上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)及び(ウ)に当てはまる語句として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか．

	（ア）	（イ）	（ウ）
(1)	放射	熱伝達係数	表面熱抵抗率
(2)	伝導	熱伝達係数	表面熱抵抗率
(3)	伝導	熱伝導率	体積熱抵抗率
(4)	放射	熱伝達係数	体積熱抵抗率
(5)	放射	熱伝導率	表面熱抵抗率

出題のポイント：対流と放射、熱伝達係数の役割

物体表面から周囲への熱移動では、流体の動きを伴う対流と電磁波による放射を区別します。対流の式 I＝αSt では、αが熱伝達係数、1/αが単位面積当たりの表面熱抵抗率です。

ポイント解説：熱流・熱伝達係数・表面熱抵抗率の関係

物体と外界との熱の移動は対流と放射によって行われ、温度差が小さいときは対流が主になります。対流による熱流はI＝αSt（比例定数α：熱伝達係数）で表されます。

この式を変形するとt＝(1/(αS))×Iとなり、1/(αS)を表面熱抵抗R_sと呼びます。これは電気加熱19・20で学んだ熱抵抗〔K/W〕と同じ発想の量です。

問題の解説：3つの空欄から正答を選ぶ

STEP1　（ア）物体と外界の熱移動の形態を確認する

物体と外界（気体・液体）との熱の移動は対流と放射（ア）によって行われます（温度差が小さいときは対流が主）。

STEP2　（イ）比例定数αの名称を確認する

I＝αSt〔W〕の比例定数α〔W/(m²・K)〕は熱伝達係数（イ）と呼ばれ、周囲の流体・流速によって大きく変わります。

STEP3　（ウ）αの逆数の名称を確認する

αの逆数1/α〔m²・K/W〕は表面熱抵抗率（ウ）と呼ばれます。

以上より（ア）放射（イ）熱伝達係数（ウ）表面熱抵抗率の組合せである(1)が正解です。

答え：(1)

まとめ

（ア）	放射
（イ）	熱伝達係数
（ウ）	表面熱抵抗率
答え	(1)

▼あわせて解きたい関連問題
・電気系と熱系の対応表（電気加熱19の再出題）：【機械】令和2年度A問題13
・熱電温度計・抵抗温度計・放射温度計の測温方式の穴埋め問題：【機械】平成19年度A問題12