機械工学実験I（T-3, T-4）説明

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さゆりわにべ
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1 機械工学実験I T-3, T-4 説明

2 目的 2 / 87 資料のまとめ方発表の仕方実験レポートの書き方グラフの書き方まとめ方を習得するパソコンでのレポートの書き方グラフの書き方プレゼンテーション資料の作り方発表の仕方を習得する実験の内容の理解実験前に教科書を読んでから実験に参加してください T-3 高温から低温への自然対流での伝熱 T-4 低温から高温へ冷凍機ヒートポンプで熱を伝えるエアコンの動作原理

発表の仕方を習得する実験の内容の理解実験前に教科書を読んでから実験に参加してください T-3

3 予定 3 / 87 諸注意レポートの書き方約３０分 T-3の基礎知識の説明約３０分 T-4の基礎知識の説明約３０分

4 成績の点数配分 4 / 87 シラバスよりレポート 60%(6-2:40%,7-3:20%),プレゼンテーション 40%(7-4:40%) 6-2 実験結果を工学的に考察する能力を修得する 7-3 資料作成能力を修得する何故その現象が起こったか 7-4 プレゼンテーションのための基本能力を修得する

5 注意事項場所実習工場南側一番左の部屋 T-3 2F, T-4 1F 持ち物関数電卓定規レポート用紙を必ず持ってくること赤ペンなどの色の違うペン T-4 パソコンの持ち込み可計算シートは自分で作ること T-3は単純計算の繰り返しがありますただし実験室なので狭いことと汚れる可能性があります服装サンダルは履いてこない 5 / 87

6 注意事項不正をしない写していることが疑われる場合は二人とも不可データのコピーやコピー機でのコピーは不可ウェブページからWord等へのワープロソフトへのコピーを除く時間を守る授業の遅刻は認めません椿レポートボックスへ金曜12:00までに遅れた場合は受け取りません仕様を守る 6 / 87

7 不正をしない必ず自分で書くこと毎年内容を変えているので過去のデータはすぐにわかります明確に証拠の残る不正行為なので厳しく対処をしますパソコンで作成したデータを人に渡さない 7 / 87

8 不正をしない自分で余裕を持ってレポートを完成させるために目的方法データ整理ウェブページ佐賀大学機械システム工学科のウェブページから教員一覧をたどって私の教員ウェブページへ行くと機械工学実験のページを作っています実験前遅くとも実験終了後すぐに終わらせること 8 / 87

9 9 / 87

10 10 / 87

11 11 / 87

12 仕様を守る書き方用紙パソコンと手描き可用紙A4で左上一箇所でとじる実験結果の記録表を配布するので提出時にはボールペン等で清書することコピー機でコピーしたレポートのりで貼付けたレポートは一切受け取りません 12 / 87

13 仕様を守る図表の書き方 13 / 87 参考文献の書き方

14 仕様を守る図表 14 / 87 表1 実験条件図 1 実験装置概略実験日電圧 [V] 電流 [I] 6/ /9 10 4

15 仕様を守る図表実験は3回条件を変えて行う用いた実験装置の概略を図１に示す装置は図 1 実験装置概略 15 / 87 図や表の内容の説明を本文中図の直前で必ず記述する図や表は説明の直後に記載する用紙一枚分の図や表でも必ず次のページに

16 仕様を守る図表式番号 16 / 87 本文中に入るのは図と表のみグラフ１温度分布図１温度分布図番号表番号式番号レポートの先頭から同じ形式で通し番号図１実験装置図１実験装置図４２配線図図２配線図図３３温度分布図３温度分布

17 仕様を守る参考文献引用していない文献は入れない T-3の教科書のリスト３３６参照すべき資料や文献 [1] 東京天文台編纂理科年表丸善 (1991) [2] 西川兼康藤田泰伸伝熱学理工学社 (1982) [3] 吉田駿伝熱学の基礎理工学社 (1999) [4] 相原利雄伝熱工学裳華房 (1994) [5] 日本機械学会伝熱工学資料日本機械学会 (1986) [6] 日本機械学会伝熱ハンドブック日本機械学会 (1993) 教科書のリストをそのまま写さない 17 / 87

伝熱学の基礎理工学社 (1999) [4] 相原利雄伝熱工学裳華房 (1994) [5] 日本機械学会伝熱工学資料

18 仕様を守る参考文献 18 / 87 文献を参考にしたら本文中に文献番号を示し引用する引用しない場合は盗作です実験テキストは引用する必要はありませんもし引用のであれば引用箇所を明記すること本文中の記述 (a) 温度の算出熱電対の起電力の0 から100 のJIS規格の基準値[1]を用いて起電力E [mv]と温度t [ ]との関係を表す2次の校正式を最小二乗法で求めると次式が得られるリストに追加 [1] JIS規格 C , (1995), 日本工業標準調査会, (2011/01/24). 文献番号はレポート先頭から引用順に

のJIS規格の基準値[1]を用いて起電力E [mv]と温度t [ ]との関係を表す2次の校正式を最小二乗法で求めると次式が得られるリストに追加

19 仕様を守る参考文献 19 / 87 Webpageを引用する際はタイトルとアドレス参照日を示す例ダイキン工業webpage information/influence/index.html 2010年6月3日リストはレポートの最後に載せる

20 仕様を守る考察測定した内容 20 / 87 + 測定結果からわかること何故その現象が起こったか伝熱量が70Wから120Wに上がると熱伝達率が50W/mKから 95W/mKになったこれは伝熱量が上昇することで自然対流による流れが速くなったためである具体的な数値を示して変化を書く教科書のT-3 T-4の報告書の書き方および課題の項を読むこと

21 仕様を守る結論 21 / 87 結論は目的に対して分かったこと T-3 目的本実験では熱伝達率と自由対流熱伝達についてまた流れの状態層流乱流が伝熱に与える影響について実験を通して理解を深めるそのためにスピンドル油中にいれた鉛直円管周りに発生する自由対流現象を観察するとともに流体中の温度分布の測定を行うまた測定した実験データから熱伝達率を算出し自由対流熱伝達における鉛直鉛管での熱伝達率の予測式を求める分かったことを簡潔に考察と重なってもよい

22 予定 22 / 87 諸注意レポートの書き方約３０分 T-3の基礎知識の説明約３０分実験装置の使い方など具体的な説明は当日 T-4の基礎知識の説明約３０分

23 実験内容 23 / 87 熱の移動 T-3 高温 T-4 低温冷凍機ヒートポンプ高温低温仕事

24 T-3 24 / 87 T-3実験内容 T-3 目的本実験では熱伝達率と自然対流熱伝達についてまた流れの状態層流乱流が伝熱に与える影響について実験を通して理解を深めるそのためにスピンドル油中にいれた鉛直管周りに発生する自然対流現象を観察するとともに鉛直管周りのスピンドル油の温度分布の測定を行うまた測定した実験データから熱伝達率を算出し自然対流熱伝達における鉛直管の熱伝達率の予測式を求める

25 T-3 25 / 87 熱伝達率

26 TW 高温 T-3 熱伝達率 T 低温 26 / 87 熱の移動伝熱伝熱工学静止流体物体熱伝導物体 Q熱伝導 < Q熱伝達対流熱伝達

27 T-3 熱伝達率 27 / 87 対流熱伝達とはどんな現象か T 低温の流体 T TW A Qh 高温の固体表面 Qh T

28 T-3 熱伝達率ニュートンの冷却法則 28 / 87 Q h= h A ( T w T ) (3.3.1) T T TW A Qh Qh T

29 T-3 熱伝達率 29 / 87 ニュートンの冷却法則 Q h= h A ( T w T ) (3.3.1) 温度差の影響 0 C or 19 C 0 C or 19 C 20 C or 40 C A Qh Qh 0 C or 19 C

30 T-3 熱伝達率ニュートンの冷却法則 30 / 87 Q h= h A ( T w T ) (3.3.1) 面積の影響 T T TW A Qh A/2 Qh T

31 T-3 熱伝達率 31 / 87 ニュートンの冷却法則 Q h= h A ( T w T ) (3.3.1) 熱伝達率 h?

32 T-3 熱伝達率ニュートンの冷却法則 32 / 87 Q h= h A ( T w T ) (3.3.1) Tw = 37 体温暑い A 一定体表面積

33 T-3 熱伝達率ニュートンの冷却法則体からの放熱量Qcを大きくして涼しく快適にするには 33 / 87 Q h= h A ( T w T ) (3.3.1) Tw = 37 体温暑い Qh Qh A 一定体表面積

34 T-3 熱伝達率ニュートンの冷却法則 T (周囲温度)を変える 34 / 87 Q h= h A ( T w T ) (3.3.1) Tw = 37 体温 Qh Qh A 一定体表面積

35 T-3 熱伝達率ニュートンの冷却法則 35 / 87 Q h= h A ( T w T ) (3.3.1) h変える Tw = 37 体温流れや流体の特性の影響扇風機強制対流水の中 Qh Qh A 一定体表面積

36 T-3 流れの影響位置 T 温度分布 T Tw 温度 Tw 位置 T 温度分布 T Tw Tw 速度速度分布位置乱流速度分布位置層流 36 / 87 温度速度

37 T-3 自然対流熱伝達 37 / 87 流れのおこり方強制対流自然対流扇風機ファンやポンプなどによる外部からの流れ外部からの影響ではなく温度差などの内部の要因で発生する流れ

38 T-3 自然対流熱伝達実験で扱う装置での自然対流現象 38 / 87 電気ヒータにより円管を加熱 Tw 壁面温度 T 周囲温度

39 T-3 自然対流熱伝達実験で扱う装置での自然対流現象 39 / 87 電気ヒータにより円管を加熱 Tw 壁面温度円管から油周囲へ熱が伝わる Q [W] T 周囲温度

40 T-3 自然対流熱伝達実験で扱う装置での自然対流現象 40 / 87 電気ヒータにより円管を加熱 Tw 壁面温度円管から油周囲へ熱が伝わる T 周囲温度油の温度が上昇

41 T-3 自然対流熱伝達実験で扱う装置での自然対流現象 41 / 87 電気ヒータにより円管を加熱 Tw 壁面温度円管から油周囲へ熱が伝わる T 周囲温度油の温度が上昇油の密度が低下する体積が膨張

42 T-3 自然対流熱伝達実験で扱う装置での自然対流現象 42 / 87 電気ヒータにより円柱を加熱 Tw 壁面温度円柱から油周囲へ熱が伝わる T 周囲温度浮力油の温度が上昇油の密度が低下浮力の発生 Fb [N]

43 T-3 自然対流 43 / 87 浮力加熱社佐賀県観光連盟フォトランド

44 T-3 自然対流 44 / 87 ファンのないコンピュータの冷却加工したガラスの徐冷スマートフォンタブレット小型ノートPC 雪花ガラス工房生 hibi.shop-pro.jp

T-3 自然対流 45 / 87 自然通風冷却塔 Brentwood learning center www.

45 T-3 自然対流 45 / 87 自然通風冷却塔 Brentwood learning center 松川地熱発電所 Wikipedia ja.wikipedia.org

46 46 / 87 熱伝達率の予測

47 T-3 熱伝達率の予測 47 / 87 熱伝達率を求めることは実用上非常に重要冷やすことが多い空気水油で熱伝達率hを求めたい無次元数による予測式をつかって計算自然対流熱伝達の予測式熱伝達率h の無次元化 hx Nu= λ 自然対流の駆動力を表す無次元数 Gr= g β (T w T ) x 3 物性の影響 Pr= ν a ν2 m Nu=C (GrPr) 形状によって変わる定数

48 48 / 87 実験装置

49 T-3 実験装置 49 / 87

50 予定 50 / 87 諸注意レポートの書き方約３０分 T-3の基礎知識の説明約３０分 T-4の基礎知識の説明約３０分実験装置の使い方など具体的な説明は当日

51 51 / 87 T-4実験内容 T-4 目的本実験では一般的に用いられる蒸気圧縮式冷凍機による空気調和空気の温度と湿度の調整での空気の温度と湿度の変化を測定するまたエアコン冷凍機ヒートポンプの性能に熱源の条件がどのような影響を与えるかを明らかにする実験装置は家庭用のエアコンに一般的についている冷房機能および除湿機能と同じ動作をさせる

52 T-4 空気調和 52 / 87 空気調和エアコンでの除湿モードの動作と温度のコントロール

53 T-4 空気調和 53 / 87 Air conditioner エアコン空気調和 (Air conditioning) 空気の温度湿度清浄度および気流分布を空気調和を必要とする空間の要求に合致するように同時に処理するプロセス冷凍空調技術空調編日本冷凍空調学会 1998 温度と湿度をコントロールする温度のコントロールをするには湿度のコントロールをするにはエアコンの除湿方法は

54 T-4 湿度のコントロール湿度とは空気中に含まれる水蒸気気体の水の量相対湿度体感的な値不快さなどに影響飽和状態100%から更に冷却すると凝縮がはじまる 54 / 87

55 T-4 湿度のコントロール湿度とは空気中に含まれる水蒸気気体の水の量絶対湿度空気中に含まれる水蒸気量を簡単に求められる 10 での飽和状態での絶対湿度 kg/kg 20 での飽和状態での絶対湿度 kg/kg 冷却前後を比較することで空気中の水蒸気量の変化除湿されたかが分かる 55 / 87

56 T-4 湿度のコントロール湿度を減らす空気中の水蒸気量を減らす水蒸気を凝縮させる気体の水液体の水冷却相対湿度100% さらに冷却水蒸気を含む空気を冷却 56 / 87

57 T-4 温度のコントロール 61 / 87 熱の伝わる方向高温低温暖房冷房室内 20 熱冬 5 室内 28 低温物体から高温物体へ熱を伝えなくてはいけない熱夏 36

58 T-4 冷凍機ヒートポンプ 63 / 87 冷凍機ヒートポンプエアコンや冷蔵庫の効率を良くする電気代を安くする方法

59 T-4 冷凍機ヒートポンプエアコン冷蔵庫で大きい方がよい冷却量冷房冷蔵庫加熱量暖房 64 / 87 エアコン冷蔵庫で小さい方がよい消費電力少ない消費電力でたくさん冷やせる暖められる冷凍機ヒートポンプが効率がよい Q 冷凍機ヒートポンプの効率 ε= E -成績係数(COP) W

60 T-4 温度のコントロール 66 / 87 熱の伝わる方向夏季の冷房高温室内冷房外気 28 < 36 熱熱室内機室外機冷媒の循環 T室内機?< 28 < 36? < T室外機低温

61 67 / 87 室外機室内機冷媒の循環 T室内機 < 28 < 36 室内空気外気冷媒の循環 < T室外機

62 68 / 87 T室内機 < 28 < 36 室内空気外気 < T室外機冷媒の圧力を上げる仕事冷媒の圧力を下げる低圧低温の冷媒高圧高温の冷媒

63 69 / 87

64 70 / 87 気体液体凝縮液体気体蒸発沸騰相変化を伴う伝熱は熱伝達率が高い

65 沸騰日本刀の焼き入れ刀匠繁久助廣濤らん刃を焼く相原利雄伝熱工学 71 / 87 一閑人刀鍛冶福留房幸の日々

66 T-4 冷凍機ヒートポンプ 79 / 87 成績係数の良くなる運転条件を実験で求める変更可能な実験条件高温熱源凝縮器入口温度水高温熱源流量一回目実験班全員で二回目の実験条件を決める二回目実験低温熱源蒸発器入口温度空気低温熱源流速一回目二回目の実験結果を班全員で検討し三回目の実験条件を決める三回目実験三回目の実験結果を検討する

67 T-4 冷凍機ヒートポンプ 80 / 87 変更可能な実験条件高温熱源凝縮器入口温度温度高温熱源水高温熱源流量速度高温熱源低温熱源蒸発器入口温度温度低温熱源空気低温熱源流速速度低温熱源

68 81 / 87 成績の良い冷凍機圧縮機での仕事が小さい電気代が安い圧力差を小さくする温度差を小さくする伝熱量が大きいよく冷える or よく暖まる熱を伝えやすくする熱伝達率を上げる

69 82 / 87 高温冷媒熱外気高温熱源温度差を小さくしたい低温熱源室内温度圧力差ゼロでは冷却できない熱低温冷媒熱源の温度を変えると

70 T-4 冷凍機ヒートポンプ 84 / 87 熱伝達率を大きくする速度の影響ニュートンの冷却法則 Qc =h A (T w T ) 熱交換器高熱源水道水蒸発器 Tw 空気 h, T 冷媒低熱源空気

71 T-4 冷凍機ヒートポンプ速度の影響 85 / 87 熱伝達率を大きくする熱交換器凝縮器蒸発器での温度差を小さくするニュートンの冷却法則 Qc =h A (T w T ) 高温冷媒熱外気高温熱源低温熱源室内温度熱低温冷媒

72 T-4 効率をあげる 88 / 87 利用する側で出来ること設定温度の変更実験条件外気室内空気を仮定した熱源水の温度を変える製作する側で出来ること熱交換器凝縮器蒸発器の熱交換性能の向上実験条件水や空気の速度流量を速く大きくする

73 89 / 87 T-4の実験装置

74 T-4 実験装置蒸発器 90 / 87 膨張弁圧縮機凝縮器冷媒: フロン(R22)

75 T-4 実験装置 91 / 87 低熱源空気高熱源水道水

76 最後に 92 / 87 身につけて欲しいこと内容を理解して実験を進め経験として吸収するそのために実験前に教科書を読んでから実験に参加する文章の書き方再提出時に考察の添削議論の進め方実験中積極的に発言する分からないことがあればいつでも質問に来る教員室１号館南棟2階208室

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Microsoft PowerPoint - 第7章(自然対流熱伝達 )_H27.ppt [互換モード] 第 7 章自然対流熱伝達伝熱工学の基礎 : 伝熱の基本要素フーリエの法則ニュートンの冷却則次元定常熱伝導 : 熱伝導率熱通過率熱伝導方程式次元定常熱伝導 : ラプラスの方程式数値解析の基礎非定常熱伝導 : 非定常熱伝導方程式ラプラス変換フーリエ数とビオ数対流熱伝達の基礎 : 熱伝達率速度境界層と温度境界層層流境界層と乱流境界層境界層厚さ混合平均温度強制対流熱伝達 :