基礎理論第６章伝熱

▶ この章の解説動画（クリックで再生）

ガス機器の熱交換・保温設計の根幹である伝熱を扱います。伝熱の3形態(熱伝導・対流・放射)、フーリエの法則、熱伝達率、熱通過率、熱交換器の温度効率と対数平均温度差、ステファン・ボルツマンの放射、熱交換器の分類までを順番に学びます。

乙種・甲種兼用 / 全17節 / 学習目安: 60〜90分

💡 このページの読み方
– 乙種受験者の方 — 通常のテキスト本文だけでも合格圏に届きます
– 甲種受験者の方 — 各節の 🟦 甲種プラスα ボックスもあわせてお読みください

📍 はじめに

お湯が冷めるまでの過程には3つの伝熱形態が組み合わさっています。容器を通して空気に逃げる「熱伝導」、対流で空気が混ざる「対流熱伝達」、表面から赤外線として出ていく「放射」。この章ではそれぞれを定量的に扱い、熱交換器の設計に応用します。

各節は次の構成で進みます。

– 🎯 一言で

– 📖 解説(乙種ベース)

– 🟦 甲種プラスα(必要な節のみ)

– ⚡ 焦点ポイント

– 📝 過去問のひっかけ例

📑 この章の目次（全17節）

重要度: 乙C / 🟦 甲B

熱の移動には熱伝導・対流熱伝達・熱放射の3形態がある。固体内→熱伝導、固体と流体間→対流熱伝達、離れた物体間→熱放射。

熱いフライパンの柄を握ると、火に当てていない部分まで熱い。熱エネルギーは高温側から低温側へ自然に移動するからだ。その経路（形態）は3種類あり、どれが働くかは「何と何の間で熱が動くか」で決まる。

熱伝導は、粒子の相互作用によって高温側から低温側へ熱が伝わる現象である。粒子が隣の粒子へ振動を手渡すバケツリレー——物質そのものは移動しない。固体の内部だけでなく、気体や液体などの流体中でも起こる点に注意したい。ただし逆は成り立たず、固体の内部で対流熱伝達が起こることはない。

では固体と流体が接していたらどうか。そこで働くのが対流熱伝達で、固体表面とそれに接する流体との間で熱が移動する。流体が流れることで、熱伝導より大量の熱を運ぶことができる。だから固体壁と流体間の設計では実用上もっとも重要な伝熱形態になる。

離れた物体どうしはどうか。物体表面から電磁波として熱エネルギーが空間を伝わり、他の物体に熱を与えるのが熱放射（ふく射）だ。物質を介さないので真空中でも伝熱が可能——太陽熱が届くのはこれである。

覚える

固体内→熱伝導／固体と流体間→対流熱伝達／離れた物体間→熱放射

実際の機器では、この3形態が同時に働く。金属壁などを通じて、高温側流体→（対流熱伝達）→壁→（熱伝導）→壁→（対流熱伝達）→低温側流体と熱が連続して伝わる現象を熱通過という。3形態が組み合わさった複合現象だ。

キーワード

熱通過 — 壁を挟んだ2流体間で、対流熱伝達＋熱伝導＋対流熱伝達が連続して起こる複合現象

出題者が狙うのはこの対応関係だ。「固体内でも対流熱伝達が起こる」とすり替える選択肢が定番の手口である。固体の中に流れはない——そう押さえておけば引っかからない。

甲種では「伝熱の3形態：熱伝導・対流熱伝達・熱放射」の本文の概念をより深く理解した上で、応用問題への対応が問われます。本文の数式・概念をしっかり押さえてください。

「固体内は熱伝導、固体と流体の間は対流熱伝達、離れた物体間は熱放射」の対応を正確に暗記。 / 熱通過＝対流熱伝達＋熱伝導＋対流熱伝達の組み合わせ。