Detail předmětu
Přenos tepla a látky
FSI-IPT-A Ak. rok: 2021/2022 Letní semestr
Základy přenosu tepla vedením, 1D stacionární vedení tepla s vnitřními zdroji, žebrované plochy, 1D nestacionární vedení tepla (kapacitní metoda, polonekonečné těleso), složené soustavy. Základy konvektivního přenosu tepla, mezní vrstvy, přenos hmoty, odparné chlazení, podobnost mezi přenosem tepla a hmoty, vstupní úseky potrubí, plně vyvinutý režim proudění, turbulence. Nucená a přirozená konvekce, var, kondenzace.
Základy přenosu tepla zářením, přenos tepla zářením mezi dvěma šedými telěsy, mezi třemi a více povrchy. Záření plynů. Prostup tepla. Základy tepelných výměníků. Metoda NTU-efektivnost pro tepelné výměníky.
Jazyk výuky
angličtina
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Studenti se naučí přesně definovat úlohy, jejich okrajové a počáteční
podmínky a korektní termofyzikální parametry. Naučí se používat
bezrozměrovou analýzu.. Dokáží řešit konkrétní problémy, např. chlazení
palivových článků, žebrovaných trubek či válců spalovacích motorů,
promrzání země, chlazení lopatek turbin, chlazení a ohřev tekutin v
různých systémech, spočíst např. množství kondenzátu na trubkách, ohřev
zářením jak v obytných místnostech tak ve spalovacích komorách a mnoho
dalších problémů.
Prerekvizity
Základy proudění (laminární a turbulentní) a základy termomechaniky.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení
Podmínkou pro udělení zápočtu je návštěva všech cvičení a absolvování dvou průběžných písemných testů během semestru.
Závěrečná zkouška se koná formou řešení příkladů s disponibilním časem 4 hodiny. Zkouška je tzv. otevřeného typu, tj. je možno použít odbornou literaturu (skripta, kniky) a poznámky z přednášek. Použití poznámek z cvičení je nepřípustné. Výsledná známka je složena ze známky z testů s váhou po 15% (každý z testů 15% váha, tj. celková váha testů je 30%) a známky ze závěrečné zkoušky s váhou 70%. Výsledná zkouška se skládá z řešení většinou 3 až 4 příkladů, každý s různou váhou podle obtížnosti.
Učební cíle
Cílem kurzu je seznámit studenty se základními mechanizmy přenosu tepla
vedením, konvekcí a zářením a s kombinovanými mechanizmy. Kurz poskytne
studentům základní vědomosti o tom, zda v daném zařízení je reálné odvést
či přivést určité množství tepla, které daný proces potřebuje a za jakých
podmínek to lze realizovat. Seznámí je rovněž s metodami jak
intenzifikovat přenos tepla.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Domácí úlohy z každého cvičení, dva testy během semestru. Pokud není některý test absolvován, student píše náhradní test v zápočtovém týdnu, nebo řeší náhradní příklady.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-ENG-A: Mechanical Engineering, magisterský navazující, povinný
Program N-ETI-P: Energetické a termofluidní inženýrství, magisterský navazující
specializace ENI: Energetické inženýrství, povinný
Program N-ETI-P: Energetické a termofluidní inženýrství, magisterský navazující
specializace FLI: Fluidní inženýrství, povinný
Program N-ETI-P: Energetické a termofluidní inženýrství, magisterský navazující
specializace TEP: Technika prostředí, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. 1D stacionární vedení tepla s vnitřními zdroji (např. zabudované topné pásy, palivové články a pod). Rovinná stěna, válec, koule. Okrajové podmínky: teplota povrchu, tepelný tok,teplota okolí.
2. Kondukčně konvektivní systémy. Rozšířené povrchy: žebra, tyče, lopatky. Kruhová žebra (žebra na válcovém povrchu, různý tvar žebra – obdélníkové, trojúhelníkové, parabolické).
3. Nestacionární vedení tepla. Kapacitní metoda řešení ohřevu a ochlazování těles malých rozměrů nebo těles s vysokou tepelnou vodivostí. Konvektivní tok na povrchu. Grafické řešení.
4. Vedení tepla v polonekonečném tělese. Promrzání země. Rychlost šíření teplotní změny v konečném tělese.
5. Nucená konvekce při vnějším proudění. Tepelná a koncentrační mezní vrstva laminární a turbulentní. Turbulence. Koncept turbulentní difuzivity (Prandtl, Boussinesq).
6. Přenos tepla při obtékání těles. Obtékání těles různých tvarů. Trubkové svazky.
7. Přenos látky – podobnost s přenosem tepla. Chlazení odpařováním kapaliny. Rovinný povrch, kapky v proudu plynů.
8. Nucená konvekce při vnitřním proudění. Hydrodynamický a tepelný vstupní úsek potrubí. Konstantní teplota povrchu, konstantní tepelný tok povrchem. Plně vyvinutý režim.
9. Přirozená konvekce na vodorovném a skloněném povrchu. Vertikální a skloněné kanály. Dutiny.
10. Kondenzace kapaliny na vertikální stěně. Kondenzace na trubkových soustavách. Kondenzace uvnitř horizontálních trubek.
11. Var. Var ve velkém objemu. Křivka varu. Kritické tepelné toky. Konvektivní var. Dvoufázový tok.
12. Záření. Úhlový faktor. Vztahy reciprocity. Koncept radiozity a iradiace. Koncept odporových sítí. Obecně orientované 3 a více povrchů černých a šedých. Refraktory – adiabatické povrchy.
13. Záření plynů. Radiačně – konvektivní systémy. Solární záření, záření noční oblohy.
14. Prostup tepla a základy návrhu tepelných výměníků. Metoda NTU-efektivnost pro návrh tepelných výměníků.
Cvičení s počítačovou podporou
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Bilanční výpočty.
1D stacionární vedení tepla i s vnitřními zdroji.
Přenos tepla žebrem.
1D nestacionární vedení tepla (kapacitní metoda, polonekonečné těleso).
Základy konvektivního přenosu tepla.
Přenos tepla při vnějším proudění.
Přenos tepla při vnitřním proudění.
Přenos tepla při přirozené konvekci.
Přenos tepla při varu a kondenzaci.
Základy přenosu tepla zářením – úhlové faktory.
Přenos tepla zářením mezi dvěma šedými telěsy.
Přenos tepla zářením mezi třemi a více povrchy.
Prostup tepla. Základy tepelných výměníků.