Learn Thermal Engineering

熱工学ガイド、FAQ などを簡単かつ詳細に学習します。

熱工学

熱工学は、熱エネルギーの移動と伝達を扱う機械工学の専門分野です。エネルギーは 2 つの媒体間で移動したり、他の形態のエネルギーに変換したりできます。

熱工学の側面

熱工学には、熱力学、液体力学、熱と物質の移動が含まれます。この知識は、ほぼすべての機械を操作する際に重要です。システムは機械要素や電気回路から熱が蓄積します。この熱は、方向を変えないとシステムに損傷を与える可能性があります。熱エンジニアは、デバイスの内部温度を調整するためにファンや液体循環装置を組み込む設計に取り組みます。コンピューターと自動車のバッテリーは、この原理が実際に動作している 2 つの例です。

熱力学

熱力学は、生産、貯蔵、移動、変換を含むエネルギーの科学です。熱力学は物理学と工学科学の両方の分野であり、システムに対する仕事、熱、エネルギーの影響を説明します。熱力学を理解するには、エネルギー保存に関する科学法則を理解することが重要です。この法則では、エネルギーは生成も破壊もされず、その形を変えることしかできないと述べています。熱力学では、エネルギーは熱の移動を通じてこれを行います。

流体力学

流体力学は、液体、気体、プラズマに関係し、それらがどのように機能するか、またそれらに加えられる力にどのように反応するかなどを含みます。このカテゴリは、流体静力学と流体力学に分類できます。流体静力学は流体が静止しているときのことであり、流体力学は流体の流れを扱います。流体力学は重要な研究分野であり、ほとんどの工業プロセス、特に熱の伝達を伴うプロセスに含まれています。

熱伝達と物質伝達

熱エンジニアは、システム間の熱の生成、利用、変換、交換に関係する熱伝達を研究します。熱伝達は、次のようないくつかのメカニズムに分かれています。

熱伝導: 拡散とも呼ばれる熱伝導は、1 つのシステムが別のシステムまたはその周囲の温度と異なる場合に、2 つのシステム間で粒子の運動エネルギーが直接交換されることです。

熱対流: 熱対流には、ある領域から別の領域への質量の移動が含まれます。これは、流体内の物質が移動するときに流体の大部分が熱を伝達するときに発生します。

熱放射: 熱放射は、システム間に物質が存在する必要のない、電磁放射による熱伝達です。太陽光は放射線の良い例です。

熱工学はどのように機能しますか?

多くの加工工場では、熱伝達を利用する機械が使用されています。熱エンジニアは、機械の動作に適切な量のエネルギーが確実に伝達されるようにする責任があります。エネルギーが多すぎると、コンポーネントが過熱して故障する可能性があります。エネルギーが少なすぎると、マシン全体が停止する可能性があります。

熱伝達を使用し、熱エンジニアが必要となるシステムには次のようなものがあります。

内燃機関

圧縮空気システム

コンピュータチップ用を含む冷却システム

熱交換器

空調設備

プロセス燃焼ヒーター

冷凍システム

太陽熱暖房

断熱性

火力発電所

熱エンジニアは何をしますか?

熱エンジニアは、熱力学のバックグラウンドを利用して、機械システムの作成、保守、修理を行います。通常、システムには、熱エネルギーを他の形態のエネルギーとの間でやり取りするプロセスが含まれます。熱は通常、液体や気体などの流体を介して伝達されるため、流体力学の深い知識が重要です。

また、飛行機のエンジンや産業用ヒーターなどの非常に大きなシステムから、電子機器内のような非常に小さなシステムまで、さまざまな規模のシステムにも取り組んでいます。熱エンジニアは、完成したシステムを実際に構築したり修理したりするのではなく、理論的なプロジェクトに取り組むことがあります。活動と責任には次のものが含まれます。