冷却水の出口温度について。
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投稿者は発電所でタービンの運転をしています。大学で熱伝達学の概要を学びました。 これまで、自分が学んだ知識では説明しきれない現象に出会うことがあり、達人の方々に解決策を教えていただきたく、皆さんと一緒に議論したいと思います。 発電所において、凝縮器であれ冷却オイルコイラーであれ、このような単純な形状を持つ熱交換器には共通の特徴があります。それは、冷却水を出口で絞ると冷却水の出口温度が上昇し、しかもその上昇幅がかなり大きくなるという点です。 学校で学んだことですが、熱交換の効果は、流体の流速や温度差、面積などに関係しています。 ここで冷却水の出口を絞ると、冷却水の流量、つまり流速が変わることになり、言い換えれば、出口のバルブを絞るなどして流量を変化させるのです。流量が減ると、熱交換効果は確実に悪化する。 なぜ出口温度が上昇し、熱交換効果が悪化して熱交換量が減少するのか。しかし流量も減少しているので、ここには2つの変数があり、どうすれば温度との関係を導き出せるのか。 どなたか詳しく説明していただけると嬉しいです。できるだけ分かりやすく、式も説明していただけると助かります。私は伝熱学についてほとんど何も知りません。とても単純な現象ですが、理論的にはなぜかわからないので、皆さんに分析していただきたいです。
まず前置きとして、循環水の温度上昇には設計段階で要件が定められており、運用時も同様です。8度、10度の温度上昇は一般的な設計パラメータです。
この投稿は、2016年1月21日19時48分にwiseboyによって最終的に編集されました。水の比熱Cpを4.2 kJ/kgと仮定し、水の初期温度をt1=30℃とします。その場合、Q = w·cp·(t2−t1) = w×4.2×(t2−30)となります。
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まず、流量をw1=10 kg/sとし、温度をt2=40℃とした場合：
Q1 = w1×4.2×(t2−30) = 10×4.2×(40−30) = 420 kJ/s
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流量を減らした場合、流量をw2=5 kg/sとし、温度がt2=45℃に上昇したとします。
Q2 = w2×4.2×(t2−30) = 5×4.2×(45−30) = 315 kJ/s
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Q2
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まず、流量をw1=10 kg/sとし、温度をt2=40℃とした場合：
Q1 = w1×4.2×(t2−30) = 10×4.2×(40−30) = 420 kJ/s
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流量を減らした場合、流量をw2=5 kg/sとし、温度がt2=45℃に上昇したとします。
Q2 = w2×4.2×(t2−30) = 5×4.2×(45−30) = 315 kJ/s
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Q2
つまり、私も以前にこの比熱容量の問題について考えたことがあり、私の考えはあなたの考えとほぼ同じです。私の質問は、なぜ流量が減ると出水温度が上昇するのか、ということです。 つまり、実際の状況から逆算すると、流量が減少するため熱交換量も減少し、Q1＞Q2になるのですが、流量の変化はW1＞W2となります。私の質問は、入口水温が同じであるにもかかわらず出口水温が上昇する理由、言い換えれば△T1と△T2の関係です。 あなたの言い方によれば、Q1>Q2であり、W1>W2だということですね。しかし、Q1/W1＜Q2/W2なので、△T1＜△T2という結論になる。説明は理にかなっているように思えるが、なぜかこの説明は少し曖昧に感じる。あなたの考えも考えてみました。現象や結果は分かっていますが、私は理論的な裏付けを求めに来ただけです。あなたの理論的説明というのは、実際のデータから逆算して、具体的な数値が示されていない状況で、実際の結果に基づいて理論を分析するということですね。 純粋な理論ではデータがなければ推測できないのですか？
エネルギー保存則だ！前提として、冷却された材料の出口温度が変わらず、流量も変わらない、つまりQは一定であり、Q=w·cp·(t2-t1)となる。したがってw1·△t1=w2·△t2となり、w1＞w2なので△t1＜△t2となる。つまり、流量が少ないほど温度差が大きくなる。
これは正常な現象です。出口の扉を狭くするか、循環水ポンプの周波数を調整することで（どちらも微細な操作です）、循環水の出口温度が上昇し、熱交換効果が高まります。あなたは流量が減少することしか考えていませんが、このような操作では流量だけでなく、熱交換器内の流速も低下し、熱交換にかかる時間も長くなります。しかし、これはごく限られた範囲での操作結果に過ぎません。これらはすべてベテランが教えてくれる微調整のことですよね
このように解釈できるのではないでしょうか。熱流体の熱交換要件、つまり放出される熱量が変わらないと仮定すると、冷流体の流量が減少することは、直接戻り水の温度上昇として現れます
実際はそうではなく、熱交換係数は流速に関係しているからです。そのため、流量が変わると同時に冷却水が運び去る熱量も変化します。流量が減ると実際の冷却能力は低下し、運ばれる熱量も少なくなるため、絞り前後の熱交換量は異なる。
ここは保存則が成り立たず、流量が多い時と少ない時では、冷却効果が異なります。つまり、循環水が運び去る（吸収する）熱量は一定ではなく、2つの場合でQは異なるのです
冷却水の量が多いほど（流量が大きいほど）、冷却効果は良くなるはずではないのか？あなたが言う熱交換効果というのは、冷却効果のことでしょう。熱交換係数は流速に依存し、ある範囲内ではそうなります。流速が速いほど、熱交換効果は高くなる。あなたが言っていた流速が小さいほど熱交換が良くなるというのは、逆ではないですか？
すごくプロフェッショナルだね！もっと本を読まなきゃ！