hirax.net::inside out::2010年06月24日

■続　水風船をライターの炎であぶると何が起こるか考える!?　

　「水風船をライターの炎であぶると何が起こるか考える!?」の続きです。舞台となっているメーリングリストでは、その話題に花が咲き続けています。

　その話題が出てすぐに、トム・クルーズ似のハンサムなシミュレーション専門家が計算を行い、結果レポートをみんなに配ってくれました。それは、下図のイラスト（Copyright. トム・クルーズ）のようなモデルにもとづいた伝熱シミュレーション計算でした。水の潜熱や対流は無視したものですが、イラストを眺めるだけでも何だか楽しそうな雰囲気が伝わってきます。

その計算結果は、水風船を800℃の炎で熱し始めると、10秒後には水風船のゴムの外側は60℃で、水風船のゴムの内側は50℃になる、という結果でした。つまり、「ライターの炎で水風船を10秒あぶったとき」には、水風船は温かくなるけれども、風船が割れたりはしない、という結果でした。そして、ライターの炎で水風船を40秒あぶると、水風船ゴムの外側は120℃になり、ゴム内側に接している水部分は100℃に達する、という具合です。

　あるいはまた、とてもシンプルに、

　水の熱伝導率は樹脂と大差ありません。だから、水が対流しないと、すぐに100℃を超えてしまいそうですから、対流の効果は無視できそうにないですね。
　また、水風船のゴム境界における熱伝達係数をαとすれば、風船ゴムへの流入熱量qは炎の温度とゴムの温度差にαを掛けた程度で，もし、α＝20[W/m^2/K]で炎が800℃強なら、qはおよそ16000[W/m^2]程度になりますね。これが風船を通過する熱流束ですから、風船の熱伝導率をλ，厚さhとすれば、ゴム外部表面と内側表面の温度差は　ΔT=qh/λ より大きくはなることはありません。ですから、λ＝0.16[W/m/K]，h=200E-6[m]ならΔT＝20℃で，水が100℃になっても表面温度は120℃止まりとなります。

という解説が、十年近く私たちに伝熱計算を教え続けている方からされたりしたわけです。

　そんな平穏が訪れたかのように思われた瞬間に、メーリングリストに一通のメールが流れたのでした。

　偶然、手元に水風船があったので、シミュレーション計算を信じてライターの炎であぶってみたら、20秒ほどで破裂してしまい、水浸しになりました…(泣)。部屋の中がずぶ濡れです…ひどい目に遭いましたorz。

　この衝撃的なメールをきっかけに、”トム・クルーズ似のハンサムなシミュレーション専門家”は、「え”～、シミュレーション計算なんてしなければよかった（--）」という、身もふたもない言葉を吐き、ちゃぶ台がひっくり返されて、どんな現象が起きているのかについてのさまざまな議論が始まり、仕事帰りに水風船を買って今夜は絶対実験をするぞ、という一派も生まれ…という具合に、何だかみんな”科学の実験と計算”に燃え始めているのです。

　こんな風に、口でなく、楽しそうに、手を動かし解析（数値）計算なり・実験なりを行っている人たちを見ると、何だかとてもうらやましく楽しくなりますね。…というわけで、この話題（も）まだまだ続きます。（＞＞「続々　水風船をライターの炎であぶると何が起こるか考える!?」を読む）