ミニテスト 燃料及び燃焼

伝熱の基礎 ミニテスト【第2回】

伝熱の基礎(伝導伝熱・対流伝熱・放射伝熱)」の内容から出題するミニテスト第2回(全5問)です。対流伝熱の種類・ステファン・ボルツマンの法則・スケールが伝熱に与える影響・煙道で主体となる伝熱方式・流体の速度と熱伝達率の関係など応用的な内容を出題しています。

伝熱の基礎 ミニテスト

第1回 第2回 第3回

テストの使い方

まず自分で答えを考えてから「解答を見る」をタップしてください。間違えた問題は解説記事に戻って確認すると効果的です。

第1問

対流伝熱において、自然対流と強制対流の説明として、正しいものはどれか。

(1)自然対流のほうが強制対流より熱伝達率が大きい
(2)自然対流は温度差による密度差で流体が動き、強制対流はファンやポンプで流体を動かす
(3)自然対流は固体の中でのみ起こる
(4)強制対流は真空中でも起こる
(5)自然対流と強制対流の熱伝達率は同じである

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正解:(2)自然対流は温度差による密度差で流体が動き、強制対流はファンやポンプで流体を動かす
自然対流は温められた流体が軽くなって上昇し、冷たい流体が下降する循環で熱が運ばれます。強制対流はファンやポンプで流体を強制的に動かします。強制対流のほうが流体の速度が速くなるため、熱伝達率が大きくなります。

第2問

ステファン・ボルツマンの法則について、正しいものはどれか。

(1)放射エネルギーは絶対温度に比例する
(2)放射エネルギーは絶対温度の2乗に比例する
(3)放射エネルギーは絶対温度の4乗に比例する
(4)放射エネルギーは温度に関係しない
(5)放射エネルギーは絶対温度の平方根に比例する

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正解:(3)放射エネルギーは絶対温度の4乗に比例する
ステファン・ボルツマンの法則によると、物体が放出する放射エネルギーは絶対温度の4乗に比例します。つまり温度が2倍になると放射エネルギーは2⁴=16倍にもなります。炉内が1000℃を超える高温になるとき、放射伝熱の割合が圧倒的に大きくなるのはこのためです。

第3問

ボイラーの伝熱面にスケールが付着した場合の影響として、正しいものはどれか。

(1)スケールの熱伝導率は金属と同じなので影響はない
(2)スケールの熱伝導率は金属より大きいため伝熱が促進される
(3)スケールの熱伝導率は金属よりずっと小さいため伝熱効率が大幅に低下する
(4)スケールは放射伝熱を増加させるため効率が上がる
(5)スケールは対流伝熱にのみ影響し、伝導伝熱には影響しない

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正解:(3)スケールの熱伝導率は金属よりずっと小さいため伝熱効率が大幅に低下する
スケール(水あか)の熱伝導率は金属の1/10以下と非常に小さいです。伝熱面にスケールが付くと、熱が水に伝わりにくくなり、燃料の無駄使いや金属の過熱・膨出の原因になります。これがスケール対策が重要な理由です。

第4問

ボイラーの煙道部分で主体となる伝熱方式として、正しいものはどれか。

(1)放射伝熱
(2)対流伝熱
(3)伝導伝熱
(4)蒸発伝熱
(5)凝縮伝熱

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正解:(2)対流伝熱
炉内は1000℃以上の高温なので放射伝熱が主体ですが、煙道では燃焼ガスの温度が下がっているため放射伝熱の割合は小さくなり、代わりに燃焼ガスの流れによる対流伝熱が主体になります。「高温=放射が主体、温度が下がると=対流が主体」と覚えましょう。

第5問

対流伝熱において、流体の速度が大きいほど熱伝達率はどうなるか。正しいものはどれか。

(1)流体の速度と熱伝達率は無関係
(2)流体の速度が大きいほど熱伝達率は小さくなる
(3)流体の速度が大きいほど熱伝達率は大きくなる
(4)流体の速度が大きいと熱伝達率はゼロになる
(5)熱伝達率は流体の種類にのみ依存し速度には無関係

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正解:(3)流体の速度が大きいほど熱伝達率は大きくなる
流体(液体や気体)の流れが速いほど、伝熱面と流体の間で熱の交換が活発に行われるため、熱伝達率が大きくなります。ボイラーでは通風装置で燃焼ガスの流速を確保したり、循環ポンプで水の流速を上げたりして効率よく伝熱しています。

結果の振り返り

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5問正解 完璧!
3〜4問正解 あと一歩!
0〜2問正解 解説記事を読み直しましょう

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