Σύντομο Βιογραφικό v Πρόλογος vii Μετατροπές Μονάδων ix Συμβολισμοί xi. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο : ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Transcript

1 Περιεχόμενα ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σύντομο Βιογραφικό v Πρόλογος vii Μετατροπές Μονάδων ix Συμβολισμοί xi ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο : ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 1.1 Θερμοδυναμική και Μετάδοση Θερμότητας Μηχανισμοί Μετάδοσης Θερμότητας Θερμική Αγωγιμότητα Θερμική Συναγωγιμότητα Θερμική Ακτινοβολία Ταυτόχρονοι Μηχανισμοί Μετάδοσης Θερμότητας Ο Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος Διαδικασία Επίλυσης Ασκήσεων Ιδιότητες 9 Λυμένες Ασκήσεις 11 Προβλήματα 27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο : ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ 2.1 Γενικές Αρχές Θερμική Αγωγιμότητα Θερμοκρασιακή Διανομή 32 -xv-

2 ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ Συστήματα Συντεταγμένων - Διαστάσεις Χρονική Μεταβλητή Ισοτροπικό Στερεό Σώμα Εξίσωση Ροής Θερμότητας Νόμος του Fourier Συντελεστής Θερμικής Αγωγιμότητας Γενικευμένη Εξίσωση Θερμικής Αγωγιμότητας Καρτεσιανές Συντεταγμένες Κυλινδρικές Συντεταγμένες Σφαιρικές Συντεταγμένες Οριακές και Αρχικές Συνθήκες 41 Λυμένες Ασκήσεις 45 Προβλήματα 65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο : ΜΟΝΟΔΙΑΣΤΑΤΗ ΚΑΙ ΜΟΝΙΜΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ 3.1 Επίπεδο Τοίχωμα Θερμοκρασιακή Διανομή Ροή Θερμότητας Θερμική Αντίσταση Ηλεκτρικό Ανάλογο Θερμικό Κύκλωμα Πολλαπλά Τοιχώματα (Στρώματα) 73 Τοιχώματα σε σειρά 73 Παράλληλα Τοιχώματα 74 Σύνθετα Τοιχώματα Κυλινδρικό Σύστημα Θερμοκρασιακή Διανομή σε κοίλο κύλινδρο Ροή Θερμότητας σε κοίλο κύλινδρο Θερμική Αντίσταση Ομόκεντροι Κύλινδροι 79 -xvi-

3 Περιεχόμενα Κριτική (Κρίσιμη) Ακτίνα μόνωσης Ακτίνα Διασταύρωσης Σφαιρικό Σύστημα Θερμοκρασιακή Διανομή σε κοίλη σφαίρα Ροή Θερμότητας σε κοίλη σφαίρα Θερμική Αντίσταση Ομόκεντρες Σφαίρες Κριτική (Κρίσιμη) Ακτίνα μόνωσης Ακτίνα Διασταύρωσης Ειδικές Περιπτώσεις Συνθέτων Στερεών Σωμάτων Μοντέλα Ενσωματωμένων Σφαιρικών Ασυνεχειών 90 Μοντέλο Maxwell 90 Μοντέλο Rayleigh Μοντέλα Ενσωματωμένων Κυλινδρικών Ασυνεχειών Μοντέλα Ενσωματωμένων Ασυνεχειών Ακανόνιστης Γεωμετρίας Μοντέλα Ενσωματωμένων Ασυνεχειών με Αεροθύλακες Μοντέλα Κυλινδρικών Αγωγών, Πληρωμένων με Κοκκώδη Υλικά και Εσωτερική Ροή Ρευστών 93 Λυμένες Ασκήσεις 95 Προβλήματα 113 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο : ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ 4.1 Ενεργειακή Μεταφορά και Μηχανική Ρευστών Οριακά Στρωματα Υδροδυναμικό Οριακό Στρώμα σε Επίπεδη Πλάκα Θερμικό Οριακό Στρώμα σε Επίπεδη Πλάκα Υδροδυναμικό Οριακό Στρώμα σε Αγωγό 124 -xvii-

4 ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ Θερμικό Οριακό Στρώμα σε Αγωγό Εξισώσεις Διατήρησης Μάζας, Ορμής & Ενέργειας Εξίσωση Διατήρησης της Μάζας Εξίσωση Διατήρησης της Ορμής Εξίσωση Διατήρησης της Ενέργειας Βασική Εξίσωση Θερμικής Συναγωγιμότητας Αδιαστατοποίηση και Αριθμός Nusselt 131 Λυμένες Ασκήσεις 133 Προβλήματα 157 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο : ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΗΤΑ ΣΕ ΕΞΩΤΕΡΙΚΕΣ ΡΟΕΣ 5.1 Συντελεστής Θερμικής Συναγωγιμότητας Παράλληλη Ροή σε Επίπεδη Πλάκα Εγκάρσιες Ροές Κυλινδρικό και μη Κυλινδρικό Σώμα 164 Στρωτή - Τυρβώδης ροή 164 Συντελεστής Οπισθέλκουσας 165 Συντελεστής Θερμικής Συναγωγιμότητας Σφαίρα Δέσμη Αγωγών Μεθοδολογία Υπολογισμού Συντελεστή Θερμικής Συναγωγιμότητας 172 Λυμένες Ασκήσεις 179 Προβλήματα 207 -xviii-

5 Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο : ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΗΤΑ ΣΕ ΕΣΩΤΕΡΙΚΕΣ ΡΟΕΣ 6.1 Στοιχεία Μηχανικής Ρευστών Ροή Μάζας Υδραυλική Διάμετρος Γενικές Αρχές τησ Μετάδοσης Θερμότητας σε Αγωγό Μέση Θερμοκρασία Ροή Θερμότητας Συντελεστής Θερμικής Συναγωγιμότητας Θερμικές Συνθήκες Σταθερή Επιφανειακή Ροή Θερμότητας Q s ct Σταθερή Επιφανειακή Θερμοκρασία ct s 220 T Στρωτή & Τυρβώδης ροή σε Αγωγούς Κυκλικής Διατομής Υδροδυναμικά και Θερμικά Ανεπτυγμένη Ροή& Μήκος Εισόδου Ροή σε Αγωγούς μη Κυκλικής Διατομής Ροή σε Δακτυλιοειδείς Κοίλους Αγωγούς Ροή σε Σπειροειδείς Αγωγούς 227 Λυμένες Ασκήσεις 231 Προβλήματα 253 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο : ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ 7.1 Φυσικοί Μηχανισμοί Μαθηματική Διερεύνηση και Αριθμός Grashof 258 -xix-

6 ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ 7.3 Ελεύθερη Θερμική Συναγωγιμότητα σε Εξωτερικές Επιφάνειες Επίπεδη Πλάκα 261 Κατακόρυφο επίπεδο 261 Οριζόντιο επίπεδο 262 Κεκλιμένο επίπεδο Κυλινδρικό Σώμα Σφαιρικό Σώμα Ελεύθερη Θερμική Συναγωγιμότητα σε Κανάλια Παράλληλων Πλακών Κατακόρυφο και Κεκλιμένο Κανάλι Ελεύθερη Θερμική Συναγωγιμότητα σε Εσωτερικούς Κλειστούς Χώρους Ορθογώνιος Κλειστός Χώρος 274 Οριζόντιο επίπεδο 274 Κατακόρυφο επίπεδο 275 Κεκλιμένο επίπεδο Κοίλος κύλινδρος και κοίλη σφαίρα Περιστρεφόμενοι δίσκοι, κύλινδροι και σφαίρες 280 Λυμένες Ασκήσεις 283 Προβλήματα 303 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ο : ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 8.1 Βασικοί Τύποι Εναλλακτών Θερμότητας Μορφή Συναλλαγής Θερμότητας Διεύθυνση Ροής Γεωμετρία Συνολικός Συντελεστής Μετάδοσης Θερμότητας Συντελεστής Ρυπαρότητας 313 -xx-

7 Περιεχόμενα Συνολικός Συντελεστής Επιφανειακής Απόδοσης Ενεργός Συντελεστής Μεταφοράς Θερμότητας Θερμική Ανάλυση Εναλλακτών Θερμότητας Μέση Λογαριθμική Θερμοκρασιακή Διαφορά (LMTD) Εναλλάκτες Θερμότητας Ομορροής Εναλλάκτες Θερμότητας Αντιρροής Εναλλάκτες Θερμότητας Διασταυρούμενης Ροής και Κελύφους Αυλών Συντελεστής Διόρθωσης Ειδικές συνθήκες λειτουργίας εναλλακτών θερμότητας 324 Εναλλάκτες διεργασίας συμπύκνωσης 324 Εναλλάκτες διεργασίας ατμοποίησης 325 Ειδική διεργασία εναλλακτών θερμότητας αντιρροής Διαδικασία επίλυσης εφαρμογών μέσω LMTD Μέθοδος Αποτελεσματικότητας Αριθμού Μονάδων Μεταφοράς Αποτελεσματικότητα ε Αριθμός Μονάδων Μεταφοράς NTU Σχέσεις Αποτελεσματικότητας NTU Ειδικές συνθήκες λειτουργίας Εναλλακτών Θερμότητας 331 Εναλλάκτες διεργασίας συμπύκνωσης ή ατμοποίησης 331 Ειδική διεργασία Εναλλακτών Θερμότητας Ομορροής Αντιρροής Διαδικασία επίλυσης εφαρμογών μέσω ε-ntu Διαδικασία Ισχύος Άντλησης Κριτήρια Επιλογής Εναλλακτών Θερμότητας 338 Λυμένες Ασκήσεις 341 Προβλήματα 359 -xxi-

8 ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ο : ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕΣΩ ΠΤΕΡΥΓΙΩΝ 9.1 Χαρακτηριστικά Πτερυγώσεων Είδη Πτερυγώσεων Θερμοκρασιακή Διανομή εντός Πτερυγώσεων Ομοιόμορφης Διατομής Συμπεριφορά Πτερυγώσεων Αποτελεσματικότητα Πτερυγίου Αντίσταση Πτερυγίου Απόδοση Πτερυγίου Απόδοση συνολικής επιφάνειας πτερυγίων 374 Λυμένες Ασκήσεις 375 Προβλήματα 385 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 ο : ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ 10.1 Θεμελιώδεις Αρχές Ακτινοβολίας Ορισμός Θερμικής Ακτινοβολίας Μέλαν Σώμα Συντελεστές Συνολικής Απορρόφησης, Ανάκλασης, Διαπερατότητας Ενέργεια ΕκπεμπόμενηΑκτινοβολία Φασματική Ένταση Εκπεμπόμενη Ισχύς Προσπίπτουσα Ακτινοβολία Φασματική Ένταση Φασματική Ακτινοβόληση 400 -xxii-

9 Περιεχόμενα Συνολική Ακτινοβολούμενη Ισχύς Ακτινοβολία Μέλανος Σώματος Ιδιότητες Μέλανος Σώματος Κατανομή Planck Νόμος Μετατόπισης του Wien Νόμος Stefan - Boltzmann Ζώνη Εκπομπής Ακτινοβολία Επιφάνειας Συντελεστής Εκπομπής Συντελεστής Απορρόφησης Συντελεστής Ανάκλασης Συντελεστής Διαπερατότητας Νόμος Kirchhoff Ακτινοβολία Περιβάλλοντος Βασικές Αρχές Ακτινοβολία Μεταξύ Επιφανειών Συντελεστής Θέασης Κανόνας Αμοιβαιότητας Προσθετικός Κανόνας Κανόνας της Υπέρθεσης Κανόνας της Συμμετρίας Ακτινοβολία μεταξύ μελανών επιφανειών Ακτινοβολία μεταξύ Φαιών Επιφανειών Διαχυτών Καθαρή ακτινοβολία μεταξύ επιφανειών Καθαρή Ακτινοβολία μεταξύ Επιφανειών Μέθοδοι Επίλυσης Προβλημάτων Μέθοδος Μητρών Μέθοδος Δικτύων Oppenheim (Network Method) 428 -xxiii-

10 ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ Περίβλημα Δυο Επιφανειών Περίβλημα Τριών Επιφανειών 430 Λυμένες Ασκήσεις 433 Προβλήματα 455 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ - ΠΙΝΑΚΕΣ 459 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 489 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ 491 -xxiv-