ビオ数計算機

ビオ数は、固体内部の熱伝導抵抗と表面の対流熱抵抗を比較する無次元の伝熱指標です。対流熱伝達率に代表長さを掛け、材料の熱伝導率で割って求めます。単位が相殺されるため、寸法、材料、境界条件の異なる物体を共通の基準で比較できます。 ビオ数が小さい場合、物体内部の熱伝導は周囲の流体境界層を横切る熱移動より容易です。そのため内部温度勾配は比較的小さく、物体の温度を空間的に一様と近似できます。広く使われる集中熱容量法は、必要な工学的精度を満たす範囲で、一般に Bi が 0.1 未満なら適切とされます。大きい値は固体内部の無視できない温度差を示し、非定常熱伝導線図、解析的な級数解、数値シミュレーションが必要になる場合があります。 代表長さは正しく選ぶ必要があります。集中定数による非定常解析では、通常、物体の体積を対流に関与する表面積で割った値を使います。したがって、長い円柱、球、壁、有限物体の代表長さは形状によって決まり、必ずしも最大寸法ではありません。伝熱相関式によって長さの定義が異なるため、選んだ式や参考資料の定義に従ってください。 対流熱伝達率は流体物性、速度、表面の向き、自然対流か強制対流かによって変わります。熱伝導率は材料組成と温度に依存します。精度が重要な場合、一般的な室温値ではなく実際の運転条件を代表する値を使ってください。計算機では熱伝達率にワット毎平方メートル毎ケルビン、代表長さにメートル、熱伝導率にワット毎メートル毎ケルビンを用います。ビオ数とヌセルト数を混同しないでください。Bi は固体の熱伝導率を使って内部温度の一様性を評価し、ヌセルト数は流体の熱伝導率を使って流体内の熱伝導に対する対流の寄与を表します。この結果は初期判断とモデル選択の補助です。重要な熱設計では、形状、放射、物性変化、接触熱抵抗、時間変化する境界条件も評価する必要があります。