def calc_kimura_method(tw: float, tf: float, d: float, direction: str) -> float:
'''
木村建一 建築設備基礎
自然対流熱伝達率の計算
:param tw: 表面温度[C]
:param tf: 流体温度[C]
:param d: 代表長さ[m]
:param direction: 向き 'v':垂直、'u':上向き、'd':下向き
:return: 熱伝達率, W/(m2 K)
'''
# 膜温度
t_ave = (tw + tf) / 2.0
# プラントル数の計算
pr = get_pr_air(t=t_ave)
# グラスホフ数の計算
gr = get_gr_air(tw=tw, tf=tf, d=d)
if direction == 'v': # 垂直
if gr * pr < 1.0e9:
return 1.42 * (abs(tw - tf) / d) ** 0.25
else:
return 1.31 * abs(tw - tf) ** (1.0 / 3.0)
elif direction == 'u': # 水平上向き
if gr * pr < 2.e7:
return 2.64 * (abs(tw - tf) / d) ** 0.25
else:
return 0.966 * abs(tw - tf) ** (1.0 / 3.0)
elif direction == 'd': # 水平下向き
return 1.31 * (abs(tw - tf) / d) ** 0.25
def calc_jsme_databook(tw: float, tf: float, L: float, b: float) -> float:
'''
日本機械学会 伝熱工学資料改訂第5版
鉛直平行平板間の自然対流熱伝達率の計算
:param tw: 表面温度[C]
:param tf: 竜体温度[C]
:param L: 代表長さ[m]（垂直：高さ）
:param b: 平行平板の間隔[m]
:return: 熱伝達率, W/(m2 K)
'''
# 膜温度
t_ave = (tw + tf) / 2.0
# プラントル数の計算
pr = get_pr_air(t=t_ave)
# print('Pr=', pr)
# グラスホフ数の計算
gr = get_gr_air(tw=tw, tf=tf, d=b)
# print('Gr=', gr)
# 修正レーリー数の計算
ra = pr * gr * b / L
# print('Rab=', ra)
# print('log(ra)=', math.log(ra))
nu = (1.0 / 24.0) * ra \
/ (1.0 + (1.0 / 18.0) ** 1.5 * (1.0 + (0.492 / pr) ** (9.0 / 16.0)) ** (2.0 / 3.0) * ra ** (9.0 / 8.0)) ** (2.0 / 3.0)
# print('nu1=', nu)
# nu = 1.0 / 18.8 * ra ** 0.85 * (1.0 - math.exp(-52.0 / ra)) ** 0.6
# print('nu2=', nu)
return nu * get_lambda_air(t=t_ave) / L
def calc_ashrae_handbook_method(tw: float, tf: float, L: float, direction: str) -> float:
'''
ASHRAE Handbook Fundamentals 2013
自然対流熱伝達率の計算
:param tw: 表面温度[C]
:param tf: 竜体温度[C]
:param L: 代表長さ[m]（垂直：高さ、水平：A/L_peri）
:param direction: 向き 'v':垂直、'u':上向き、'd':下向き
:return: 熱伝達率, W/(m2 K)
'''
# 膜温度
t_ave = (tw + tf) / 2.0
# プラントル数の計算
pr = get_pr_air(t=t_ave)
# グラスホフ数の計算
gr = get_gr_air(tw=tw, tf=tf, d=L)
# レーリー数の計算
ra = pr * gr
nu = 0.0
if direction == 'v': # 垂直
if 1.0e-1 < ra < 1.0e9:
nu = 0.68 + 0.67 * ra ** 0.25 / (1.0 + (0.492 / pr) ** (9.0 / 16.0)) ** (4.0 / 9.0)
elif 1.0e9 < ra < 1.0e12:
nu = (0.825 + 0.387 * ra ** (1.0 / 6.0) / (1.0 + (0.492 / pr) ** (9.0 / 16.0)) ** (8.0 / 27.0)) ** 2.0
elif direction == 'u': # 水平上向き
if 1.0 < ra < 200.0:
nu = 0.96 * ra ** (1.0 / 6.0)
elif 200.0 < ra < 1.0e4:
nu = 0.59 * ra ** 0.25
elif 2.2e4 < ra < 8.0e6:
nu = 0.54 * ra ** 0.25
elif 8.0e6 < ra < 1.5e9:
nu = 0.15 * ra ** (1.0 / 3.0)
elif direction == 'd': # 水平下向き
if 1.0e5 < ra < 1.0e10:
nu = 0.27 * ra ** 0.25
return nu * get_lambda_air(t=t_ave) / L
def calc_shase_handbook_method(tw: float, tf: float, d: float, direction: str) -> float:
'''
空気調和・衛生工学便覧 第14班
自然対流熱伝達率の計算
:param tw: 表面温度[C]
:param tf: 流体温度[C]
:param d: 代表長さ[m]
:param direction: 向き 'v':垂直、'u':上向き、'd':下向き
:return: 熱伝達率, W/(m2 K)
'''
# 膜温度
t_ave = (tw + tf) / 2.0
# プラントル数の計算
pr = get_pr_air(t=t_ave)
# グラスホフ数の計算
gr = get_gr_air(tw=tw, tf=tf, d=d)
# ヌセルト数の初期化
nu = 0.0
if direction == 'v': # 垂直
if gr * pr < 1.0e9:
f_pr = 3.0 / 4.0 * (pr / (2.4 + 4.9 * math.sqrt(pr) + 5 * pr)) ** 0.25
nu = 4.0 / 3.0 * f_pr * (gr * pr) ** 0.25
elif gr * pr >= 1.0e9:
nu = 0.13 * gr ** (1.0 / 3.0)
elif direction == 'u': # 水平上向き
if 3.0e5 < gr * pr < 3.0e10:
nu = 0.27 * (gr * pr) ** 0.25
elif direction == 'd': # 水平下向き
if 1.0e5 < gr * pr < 2.0e7:
nu = 0.54 * (gr * pr) ** 0.25
elif 2.0e7 < gr * pr < 3.0e10:
nu = 0.14 * (gr * pr) ** (1.0 / 3.0)
return get_lambda_air(t=t_ave) * nu / d
def get_nusselt_number(theta_1: float, theta_2: float, angle: float,
l_h: float, l_d: float) -> float:
"""
ヌセルト数の計算
:param theta_1: 通気層に面する面1の表面温度, degC
:param theta_2: 通気層に面する面2の表面温度, degC
:param angle: 通気層の傾斜角, degree
:param l_h: 通気層の長さ, m
:param l_d: 通気層の厚さ, m
:return: ヌセルト数
"""
# 表面温度の平均値
theta_ave = (theta_1 + theta_2) / 2.0
# プラントル数の計算
pr = get_pr_air(theta_ave)
# レーリー数の計算
rayleigh_number = (get_g() * get_beta_air(theta_ave) *
abs(theta_1 - theta_2) * (l_d**3) *
(get_rho_air(theta_ave)**2) * get_c_air(theta_ave)) / (
get_mu_air(theta_ave) * get_lambda_air(theta_ave))
# ヌセルト数の計算
nusselt_number = 0
nu_ct = (1.0 + ((0.104 * rayleigh_number**0.293) /
(1.0 + (6310.0 / rayleigh_number)**1.36))**3)**(1 / 3)
nu_u1 = 0.242 * (rayleigh_number * l_d / l_h)**0.273
nu_ut = 0.0605 * rayleigh_number**(1 / 3)
# 傾斜角が0°（水平）のとき
if angle == 0.0:
if rayleigh_number > 5830.0:
nusselt_number = 1.44 * (1.0 - 1708.0 / rayleigh_number) + (
rayleigh_number / 5830.0)**(1 / 3)
elif 1708.0 < rayleigh_number <= 5830.0:
nusselt_number = 1.0 + 1.44 * (1.0 - 1708.0 / rayleigh_number)
elif rayleigh_number <= 1708.0:
nusselt_number = 1.0
# 傾斜角が90°（鉛直）のとき
elif angle == 90.0:
nusselt_number = max(nu_ct, nu_u1, nu_ut)
# 傾斜角が0°<γ≤60°のとき
elif 0.0 < angle <= 60.0:
buff = rayleigh_number * math.cos(math.radians(angle))
if buff >= 5830.0:
nusselt_number = 1.44 * (1.0 - 1708.0 / buff) * (
1.0 - (1708.0 *
(math.sin(1.8 * math.radians(angle))**1.6)) / buff) + (
buff / 5830.0)**(1 / 3)
elif 1708.0 <= buff < 5830.0:
nusselt_number = 1.44 * (1.0 - 1708.0 / buff) * (
1.0 - (1708.0 *
(math.sin(1.8 * math.radians(angle))**1.6)) / buff)
elif buff < 1708.0:
nusselt_number = 1.0
# 傾斜角が60°<γ<90°のとき
elif 60.0 < angle < 90.0:
buff_g = 0.5 / (1.0 + (rayleigh_number / 3165.0)**20.6)**0.1
nu_60_1 = (1.0 + ((0.0936 * rayleigh_number**0.314)**7) /
(1.0 + buff_g))**(1 / 7)
nu_60_2 = (0.1044 + 0.1759 * l_d / l_h) * rayleigh_number**0.283
nu_60 = max(nu_60_1, nu_60_2)
nu_v = max(nu_ct, nu_u1, nu_ut)
nusselt_number = nu_60 * (90.0 - angle) / 30.0 + nu_v * (angle -
60.0) / 30.0
else:
raise ValueError("指定された傾斜角は計算対象外です")
return nusselt_number