技術士一次試験 機械部門 令和6年 Ⅲ-25 解答・解説|熱交換器と対数平均温度差

令和6年度 技術士第一次試験 機械部門 専門科目 Ⅲ-25 問題文 定常状態の熱交換器に関する記述のうち正しいものの組合せを選ぶ問題

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令和6年度 技術士第一次試験 機械部門 専門科目 Ⅲ-25 問題文 定常状態の熱交換器に関する記述のうち正しいものの組合せを選ぶ問題
技術士一次試験 機械部門 令和6年 Ⅲ-25 解説 正答① 各記述の正誤を熱通過率と対数平均温度差の式から判定する
目次

正答

① (ア)と(ウ)

解き方のポイント

熱交換器の基本を5つの記述で問う問題です。式を1本ずつ思い出しながら判定します。

(ア)○ 正しい。 並流型(両流体が同じ向き)では、入口で高温流体と低温流体が最も離れた温度で出会うため、温度差は入口で最大になり、出口に向かって縮まります。

(イ)× 誤り。 対数平均温度差は

ΔTm=(ΔT1−ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)

で、入口側と出口側の両方の温度差が必要です。高温流体の入口温度と低温流体の出口温度という2つだけでは、ΔT1もΔT2も確定しません。4つの温度が揃って初めて求まります。

(ウ)○ 正しい。 向流型(両流体が逆向き)では、低温流体の出口が高温流体の入口側にあります。そのため低温流体の温度が、高温流体の出口温度を超えることがあり得ます。これは並流型では絶対に起こりません。向流型が並流型より高効率とされる理由がここにあります。

(エ)× 誤り。 熱交換量は Q=KΔTm・A です。熱通過率Kと対数平均温度差ΔTmだけでなく、伝熱面積Aが必要です。

(オ)× 誤り。 熱通過率は

1/K=1/h1+L/λ+1/h2

で決まります。隔板の厚さL と 熱伝導率λ は影響しますが、密度は関係ありません。

正しいのは(ア)と(ウ)なので が正答です。

この問題で問われている知識

熱交換器/並流型と向流型/対数平均温度差/熱通過率/伝熱面積/Q=KΔTmA

令和6年度 技術士第一次試験 機械部門 専門科目 Ⅲ-25 問題文 定常状態の熱交換器に関する記述のうち正しいものの組合せを選ぶ問題

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