技術士一次試験・選択問題の解答例を公開！解答の考え方やポイントも解説。
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目次
正答
⑤ 10 kW／m²
解き方のポイント
対流と放射の両方を足す問題です。どちらか一方だけだと①〜④になります。
①対流による熱流束。 q1＝h(T1−T2) です。
q1＝20×{(273＋300)−(273＋20)}＝20×280＝5600 W/m²
温度差は摂氏でも絶対温度でも同じ280 Kなので、対流だけならケルビン換算は不要です。
②放射による熱流束。 ステファン・ボルツマンの法則 q2＝εσ(T1⁴−T2⁴) です。
こちらは絶対温度でなければ計算できません。 4乗するため、摂氏のまま代入すると全く違う値になります。
q2＝0.8×5.67×10⁻⁸×{573⁴−293⁴}＝4555 W/m²
③合計。
q＝q1＋q2＝5600＋4555＝10155 W/m²≒10 kW/m²
300℃という高温では、放射が対流とほぼ同じ大きさになるという点がこの問題の要点です。放射は温度の4乗に比例するため、高温になるほど支配的になります。常温付近の伝熱計算では放射を無視することもありますが、高温機器の設計では必ず考慮しなければなりません。
⑤の10 kW/m²に対して③の5 kW/m²は対流だけ、④の6 kW/m²付近は放射の温度換算を誤った場合の値です。
この問題で問われている知識
対流熱伝達 q＝h(T1−T2)／放射伝熱／ステファン・ボルツマンの法則／放射率ε／絶対温度
