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ニュートンの冷却則による対流熱伝達率計算

Q: 温度を摂氏で入力できますか？

はい。 摂氏とケルビンの温度差は同じ数値です。二つの温度には同じ目盛を一貫して使用してください。

Q: 時間に伴う冷却も計算できますか？

いいえ。 入力条件での瞬間的な熱伝達量率を計算します。過渡解析には熱容量と時間依存のエネルギー収支も必要です。

面積2 m²、表面温度80 °Cの面が20 °Cの流体に接し、熱伝達率が25 W/(m²·K)なら、対流で3000 Wの熱が移動します。符号付きの値、大きさ、温度差、熱の向きが分かります。ブラウザで無料で使えます。

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計算例

入力した場合

境膜係数: 25
表面積: 2
表面温度: 80
流体の温度: 20

結果

温度差: 60 W
熱伝達率 (熱量): 3,000
伝熱量の大きさ: 3,000
方向: surface_to_fluid

この対流熱伝達計算ツールは、ニュートンの冷却則を用いて、固体表面と周囲の流体との間を移動する熱量率を求めます。対流熱伝達率、流体に接する表面積、表面温度、主流の流体温度を入力してください。計算結果には、符号付きの熱伝達量率をワットで示すほか、その絶対値、温度差、予測される熱流の向きを表示します。適切な熱伝達率が既知であれば、空気、水、気体などを扱う工学上の概算に利用できます。

符号の定義を確認してニュートンの冷却則を適用します

対流に関するニュートンの冷却則は q = h · A · (Ts - T∞) と表されます。ここで、q は対流による熱伝達量率、h は熱伝達率、A は流体に接する表面積、Ts は表面温度、T∞ は壁面近傍の影響を受けない主流の流体温度です。この計算ツールでは、正の結果を表面から流体へ熱が移動する状態として扱います。

負の結果は流体のほうが高温であり、熱が流体から表面へ向かうことを示します。両方の温度が等しい場合、このモデルでの正味の熱伝達はゼロです。h は W/(m²·K)、面積は m² で入力し、二つの温度には同じ温度目盛を使用してください。

温度差の数値は摂氏とケルビンで同じため、統一して使用すればどちらでも計算できます。熱負荷の大きさだけが必要な場合は絶対値が便利ですが、符号付きの値なら熱流の向きも保持できます。この式はある時点の顕熱による対流を見積もるものであり、温度の時間変化そのものを算出する式ではありません。

実際の条件に合う熱伝達率を選定してください

計算式は単純ですが、見積もりの精度は熱伝達率の選び方に大きく左右されます。熱伝達率には、流体の物性、流速、形状、表面の向き、自然対流か強制対流かといった影響がまとめて含まれます。静止空気向けの値を高速の水流に流用したり、管内流の相関式を外部流れにさらされる平板へそのまま適用したりしないでください。

対象となる Reynolds、Prandtl、Nusselt の各数の範囲に適した検証済み相関式、実験、解析、機器仕様、信頼できる技術資料から h を求めます。部品全体ではなく、実際に流体へ露出している面積を使用してください。断熱材で覆われた部分、別の固体と接触する部分は除外する必要があります。

この定式化では負の熱伝達率や負の面積に物理的な意味がないため、入力にはゼロ以上の値が必要です。ゼロは許容され、理想的な断熱面や露出面積がない場合として熱伝達ゼロを返します。表面上で h が大きく変化する場合は、形状を複数の領域に分け、各領域の符号付き熱伝達量率を合計してください。

結果は熱設計全体ではなくモデルによる概算として評価します

出力はワット、すなわち毎秒のジュールで示される熱伝達量率であり、エネルギー量ではありません。一定時間のエネルギーを求める場合は、その間の温度と熱伝達率の変化が既知であるときに限り、時間について乗算または積分してください。この計算は、表面温度が一様であること、主流温度が代表値であること、平均熱伝達率が適切であること、評価点で定常状態にあることを仮定します。

放射、壁内の熱伝導、相変化、汚れ、接触熱抵抗、内部発熱、過渡的な蓄熱は自動では含まれません。完全な熱収支では、対流は複数の伝熱機構の一項として扱われます。まず符号を確認し、次に絶対値をほかの入熱や放熱と比較してください。

値が極端に大きい場合は単位を見直します。平方メートルの代わりに平方ミリメートルを入力した場合や、互換性のないヤード・ポンド法の係数を使った場合、結果は大幅に変わります。設計判断には、材料限界、境界条件、相関式、不確かさ、安全率、適用規格の確認も必要です。

活用例

機器の放熱量を概算します

有効な熱伝達率が既知のとき、温かい筐体や配管から周囲空気への対流熱損失を計算します。

冷却負荷を見積もります

指定した運転温度の表面から、流れる液体や気体が除去する熱量率を推定します。

熱計算を検算します

表計算、報告書、シミュレーション、授業、工学試験用に再現可能なニュートン則の結果を作成します。

よくある質問

どの式を使用しますか？

q = h · A · (Ts - T∞) を使用します。q が正なら、熱は表面から流体へ移動します。

温度を摂氏で入力できますか？

はい。摂氏とケルビンの温度差は同じ数値です。二つの温度には同じ目盛を一貫して使用してください。

熱伝達量率が負になるのはなぜですか？

負の値は、主流の流体が表面より高温であることを示します。この場合、モデルは流体から表面への熱流を予測します。

時間に伴う冷却も計算できますか？

いいえ。入力条件での瞬間的な熱伝達量率を計算します。過渡解析には熱容量と時間依存のエネルギー収支も必要です。

熱伝達率はどこから得ればよいですか？

検証済みの相関式、実験、シミュレーション、機器の仕様書、信頼できる技術資料から得てください。流体、流速、形状、自然対流か強制対流かで変わるため、静止空気の値を高速の水流に使うことはできません。

開発者向け — APIアクセス

このページの機能はすべてAPIからも利用できます。自社システムに組み込みたいチーム向けのセクションです。それ以外の方は上のツールをそのままお使いください。

エンドポイント

POSThttps://api.kit.forhosting.com/eng/convection-newton

Bearerトークンで認証し、POST1回でタスクをキューに登録します。結果はWebhookまたは署名付きリンクで受け取れます。

お使いのスタックから呼び出す

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/eng/convection-newton \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"film_coefficient":25,"surface_area":2,"surface_temperature":80,"fluid_temperature":20}'

const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/eng/convection-newton", {
  method: "POST",
  headers: {
    "Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
    "Content-Type": "application/json"
  },
  body: JSON.stringify({
    "film_coefficient": 25,
    "surface_area": 2,
    "surface_temperature": 80,
    "fluid_temperature": 20
  })
});
const { task_id } = await res.json();

import os, requests

res = requests.post(
    "https://api.kit.forhosting.com/eng/convection-newton",
    headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
    json={
    "film_coefficient": 25,
    "surface_area": 2,
    "surface_temperature": 80,
    "fluid_temperature": 20
},
)
task_id = res.json()["task_id"]

<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/eng/convection-newton", false, stream_context_create([
  "http" => [
    "method"  => "POST",
    "header"  => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
    "content" => '{"film_coefficient":25,"surface_area":2,"surface_temperature":80,"fluid_temperature":20}',
  ],
]));
$task = json_decode($res, true);

body := bytes.NewBufferString(`{"film_coefficient":25,"surface_area":2,"surface_temperature":80,"fluid_temperature":20}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/eng/convection-newton", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)

リクエスト例

{
  "film_coefficient": 25,
  "surface_area": 2,
  "surface_temperature": 80,
  "fluid_temperature": 20
}

レスポンス例

{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "eng.convection_newton",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

非同期APIです。task_idは即時に返ります。ポーリングは1秒あたり1リクエストまでです。

料金

1リクエストあたり$0.002

単価はすべて公開しています。トークン換算や独自クレジットはありません。失敗したタスクは課金されません。

エラー

HTTP	コード	意味
`401`	`unauthorized`	APIキーが無効か、指定されていません。Authorizationヘッダーを確認してください。
`402`	`insufficient_balance`	残高が不足しています。チャージ後に再度お試しください。
`404`	`unknown_type`	指定されたタスクタイプは存在しません。タイプ名を確認してください。
`429`	`rate_limited`	リクエストが多すぎます。しばらく待ってから再度お試しください。

技術的な注記

結果は熱設計全体ではなくモデルによる概算として評価します

ブラウザーでは直接計算でき、APIの正常な各リクエストは$0.002で、同じ決定論的な結果を自動処理に利用できます。

技術的な質問

APIでの計算料金はいくらですか。

APIの正常なリクエストごとに$0.002がかかります。不正な入力は型付きエラーとして拒否されます。

KITの完全なドキュメントを見る →

ニュートンの冷却則による対流熱伝達率計算

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計算例

符号の定義を確認してニュートンの冷却則を適用します

実際の条件に合う熱伝達率を選定してください

結果は熱設計全体ではなくモデルによる概算として評価します

活用例

機器の放熱量を概算します

冷却負荷を見積もります

熱計算を検算します

よくある質問

関連ツール

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エンドポイント

お使いのスタックから呼び出す

リクエスト例

レスポンス例

料金

エラー

技術的な注記

結果は熱設計全体ではなくモデルによる概算として評価します

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