熱交換器 NTU 計算ツールの使い方
熱交換器 NTU 計算ツールは、与えられた伝熱単位数（NTU）および熱容量比（Cr）において、熱交換器が理論上の最大移動熱量に対してどの程度の熱交換効率（有効性 ε）を達成できるかを評価・算出します。
- 流れの形式（流路構造）を選択 — 対向流、並向流、シェル＆チューブ、または3種類の直交流パターンから選びます。
- NTU を入力 — NTU = UA / Cmin（無次元数）の値を入力します。
- Cr を入力 — 熱容量比 Cr = Cmin / Cmax（0 から 1 の間）を入力します。
- 有効性 ε を確認 — 熱交換器 NTU 計算の結果として、有効性 ε（0〜1）およびパーセント表記が出力されます。
計算公式と理論 - 熱交換器 NTU 計算
本熱交換器 NTU 計算ツールでは、以下の標準的な関係式を採用しています：
NTU = UA / Cmin
Cr = Cmin / Cmax
ε = Q / Q_max （ただし Q_max = Cmin (Th_in − Tc_in)）対向流（Counter-flow）:
ε = (1 − exp[−NTU(1 − Cr)]) / (1 − Cr · exp[−NTU(1 − Cr)])
ε = NTU / (1 + NTU) （Cr = 1 の場合）並向流（Parallel-flow）:
ε = (1 − exp[−NTU(1 + Cr)]) / (1 + Cr)シェル＆チューブ（1シェル、2, 4…チューブパス）:
s = √(1 + Cr²)
ε = 2 / { 1 + Cr + s · [(1 + e^(−NTU·s)) / (1 − e^(−NTU·s))] }直交流（両流体非混合）:
ε = 1 − exp{ (1/Cr) · NTU^0.22 · [exp(−Cr · NTU^0.78) − 1] }| 記号 | 意味 |
|---|---|
| U | 熱貫流率（熱伝達率・総括伝熱係数） |
| A | 伝熱面積 |
| Cmin, Cmax | 最小 / 最大熱容量速度 (W/K) |
| NTU | 伝熱単位数（Number of Transfer Units） |
| Cr | 熱容量比（Capacity Ratio） |
| ε | 有効性（Effectiveness, 0〜1） |
前提条件と適用限界
- 熱交換器全域にわたり熱貫流率 U が一定であること。
- 周囲への放熱・熱損失が無視できること。
- 比熱が一定であり、相変化を伴わないこと（Cr = 0 の凝縮器・蒸発器を除く）。
熱交換器 NTU 計算の主な活用シーン
- 熱交換器のサイジング（設計） — 所要の有効性 ε と NTU から必要な伝熱面積 A や UA 値を決定。
- 性能評価（レーティング） — 既存の熱交換器が求める熱負荷を満たしているかを検証。
- 伝熱工学の学習・教育 — 異なる流路形式（対向流と並向流など）の熱効率を比較検討。
- 熱設計のトレードオフ分析 — 熱容量比 Cr の変更が有効性 ε に与える影響を迅速に把握。
この熱交換器 NTU 計算ツールを活用することで、各種流路形式における伝熱特性をひと目で比較・分析できます。