Φαινόμενα Μεταφοράς Μάζας θερμότητας

Σχετικά έγγραφα
Εισαγωγή στην Μεταφορά Θερμότητας

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ. Καθηγητής Δ. Ματαράς

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

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

ΑΡΧΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

Ανάλυση: όπου, με αντικατάσταση των δεδομένων, οι ζητούμενες απώλειες είναι: o C. 4400W ή 4.4kW 0.30m Συζήτηση: ka ka ka dx x L

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ενότητα 3: Ηλιακοί Συλλέκτες: Μέρος Α. Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα 1. Εισαγωγή Βασικές έννοιες Αγωγή

ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Χειμερινό εξάμηνο

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας

Διάδοση Θερμότητας. (Αγωγή / Μεταφορά με τη βοήθεια ρευμάτων / Ακτινοβολία)

Σύντομο Βιογραφικό... - v - Πρόλογος...- vii - Μετατροπές Μονάδων.. - x - Συμβολισμοί... - xii - ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΈΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας. Ενότητα 4: Εξαναγκασμένη Θερμική Συναγωγιμότητα

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ. Διδάσκων: Παπασιώπη Νυμφοδώρα Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ε.Μ.Π. Ενότητα 2 η : Αγωγή Μονοδιάστατη αγωγή

[ ] = = Συναγωγή Θερμότητας. QW Ahθ θ Ah θ θ. Βασική Προϋπόθεση ύπαρξης της Συναγωγής: Εξίσωση Συναγωγής (Εξίσωση Newton):

9 η ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

ΤΡΟΠΟΙ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Είναι τρείς και σχηματικά φαίνονται στο σχήμα

ηµήτρης Τσίνογλου ρ. Μηχανολόγος Μηχανικός

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 2: Αγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Επίλυση φαινομένων μετάδοσης θερμότητας σε κώδικα C

ηµήτρης Τσίνογλου ρ. Μηχανολόγος Μηχανικός

1. Στοιχεία Μεταφοράς Μάζας και Εξισώσεις Διατήρησης

Κεφάλαιο 4 : ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. τρόπους µετάδοσης της θερµότητας :

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Ι ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Μακροσκοπική ανάλυση ροής

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΡΥΘΜΙΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ. Δρ. Λυκοσκούφης Ιωάννης

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο. 11 Μαΐου 2006

3ο Εργαστήριο: Ρύθμιση και έλεγχος της θερμοκρασίας μιας κτηνοτροφικής μονάδας

ΠΕΙΡΑΜΑ 4: ΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΟΝΤΕΛΟ ΣΠΙΤΙΟΥ [1] ΑΡΧΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ

ηµήτρης Τσίνογλου ρ. Μηχανολόγος Μηχανικός

ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ. Εκπέμπεται από σώματα που έχουν θερμοκρασία Τ > 0 Κ. Χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματος η τη συχνότητα

1 η ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΑΠΛΟ ΤΟΙΧΩΜΑ

ηλεκτρικό ρεύμα ampere

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ. όπου το κ εξαρτάται από το υλικό και τη θερμοκρασία.

6 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΙΙ ΔΙΑΛΕΞΕΙΣ: ΗΛΙΑΚΟΙ ΘΕΡΜΙΚΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ (ΜΕΡΟΣ Α) Ώρες Διδασκαλίας: Τρίτη 9:00 12:00. Αίθουσα: Υδραυλική

Θερμότητα. Κ.-Α. Θ. Θωμά

Η Λ Ι Α Κ Η ΕΝ Ε Ρ Γ Ε Ι Α. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Τοµέας Περιβαλλοντικής Μηχανικής & Επιστήµης ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ

ΦΥΣΙΚΗ -ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΚΑΙ ΓΕΩΡΓΙΑ

ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Μόνιμη Μονοδιάστατη Αγωγή Θερμότητας Χωρίς Παραγωγή Θερμικής Ενέργειας

v = 1 ρ. (2) website:

(1) ταχύτητα, v δεδομένη την πιο πάνω κατανομή θερμοκρασίας; 6. Γιατί είναι σωστή η προσέγγιση του ερωτήματος [2]; Ποια είναι η

Το σύστημα των μη αλληλεπιδραστικών ροών και η σημασία του στην ερμηνεία των ιδιοτήτων των ιδανικών αερίων.

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας. Ενότητα 3: Βασικές Αρχές Θερμικής Συναγωγιμότητας

ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 - ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ. Μεταφορά θερµότητας Εναλλάκτες θερµότητας

Ενότητα 3: Πολυμορφική μετάδοση θερμότητας

ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΤΟΙΧΩΜΑΤΑ

Διάδοση θερμότητας 3 μηχανισμοί

Εκπομπή Φωτός Απορρόφηση φωτός

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 3: Συναγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

3 Μετάδοση Θερμότητας με Φυσική Μεταφορά και με Ακτινοβολία

3. Τριβή στα ρευστά. Ερωτήσεις Θεωρίας

(Β' Τάξη Εσπερινού) Έργο Ενέργεια

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ. Διδάσκων: Παπασιώπη Νυμφοδώρα Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ε.Μ.Π. Ενότητα 9 η : Μεταφορά Μάζας

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΟΡΙΣΜΟΙ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

4 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

ηλεκτρικό ρεύµα ampere

Συνοπτική Παρουσίαση Σχέσεων για τον Προσδιορισμό του Επιφανειακού Συντελεστή Μεταφοράς της Θερμότητας.

Γεωθερμία. Ενότητα 1: Βασικές Έννοιες. Καθηγητής Κωνσταντίνος Λ. Κατσιφαράκης Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΘΕΡΜΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΣΤΗ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ

Χειμερινό εξάμηνο

ηµήτρης Τσίνογλου ρ. Μηχανολόγος Μηχανικός

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΜΑΖΑΣ

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ. Καθηγητής Δ. Ματαράς

KEΦAΛAIO 1 EIΣAΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ... 15

Κεφάλαιο Η5. Ρεύμα και αντίσταση

Δισδιάστατη Αγωγή Θερμότητας: Γραφικές Μέθοδοι Ανάλυσης

Μεταφορά Θερμότητας. ΜΜK 312 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Παραγωγής

2 Μετάδοση θερμότητας με εξαναγκασμένη μεταφορά

ΘΕΡΜΟΓΡΑΦΙΑ ΕΙΔΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΔΟΜΗΣΙΜΩΝ ΥΛΩΝ 5 ΟΥ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ - ΣΧΟΛΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΩΝ ΤΟΜΕΑΣ 4 ΣΥΝΘΕΣΕΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΙΧΜΗΣ

ΕΝΤΑΣΗ (ή λαμπρότητα - radiance)

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 19/02/17 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ιστοσελίδα μαθήματος

2 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΥΝΘΕΤΟ ΤΟΙΧΩΜΑ

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ. Εισαγωγή στη Φυσική της Ατμόσφαιρας: Ασκήσεις Α. Μπάης

Ορμή και Δυνάμεις. Θεώρημα Ώθησης Ορμής

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΘΕΡΜΙΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΥ ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΟΥ ΘΕΡΜΑΝΤΗΡΑΣΕ ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΡΟΗ ΜΕ ΡΕΥΜΑ ΑΕΡΑ

Εξετάσεις Φυσικής για τα τμήματα Βιοτεχνολ. / Ε.Τ.Δ.Α Ιούνιος 2014 (α) Ονοματεπώνυμο...Τμήμα...Α.Μ...

ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου

ΑΣΚΗΣΗ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ 1 2 1

ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΕΣΗ ΚΛΕΙΩ ΑΞΑΡΛΗ

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ασκήσεις

Η Φυσική των ζωντανών Οργανισμών (10 μονάδες)

Συστήματα Ανάκτησης Θερμότητας

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό κάθε μίας από τις παρακάτω ερωτήσεις Α.1- Α.4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Transcript:

Φαινόμενα Μεταφοράς Μάζας θερμότητας 2 η Διάλεξη Μηχανισμοί μετάδοσης θερμότητας Εμμανουήλ Σουλιώτης Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας Ακαδημαϊκό Έτος 2018-2019

Μαθησιακοί στόχοι Επεξήγηση του μηχανισμού μεταφοράς θερμότητας με αγωγή και παρουσίαση και εφαρμογή του νόμου Fourier ( 1.3.1) Επεξήγηση του μηχανισμού μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή και παρουσίαση και εφαρμογή του νόμου ψύξης του Newton ( 1.3.2) Επεξήγηση του μηχανισμού μεταφοράς θερμότητας με ακτινοβολία και παρουσίαση και εφαρμογή του νόμου Stefan-Boltzmann ( 1.3.3) 2

Μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας Μηχανισμός Αιτία Εμφάνιση Αγωγή (conduction) Συναγωγή (convection) Ακτινοβολία (radiation) Mοριακές αλληλεπιδράσεις Μακροσκοπική μετακίνηση πακέτων ρευστού Ηλεκτρομαγνητικά κύματα Στερεά και ακίνητα ρευστά Κινούμενα ρευστά (εξαναγκασμένη ή φυσική κυκλοφορία) Σε κάθε μέσο (δεν απαιτείται ύλη) 3

Αγωγή Μικροσκοπικά φαινόμενα Θερμότητα μεταφέρεται σε ένα υλικό λόγω θερμοκρασιακής διαφοράς χωρίς να υπάρχει μακροσκοπική μετακίνηση της μάζας του υλικού, παρόλο που τα μόρια μετακινούνται όπως περιγράφεται από τη θεωρία της μοριακής δομής της ύλης Συγκρούσεις Μορίων Μοριακή Διάχυση 4

Αγωγή Θερμότητας Νόμος Fourier Ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας είναι Ανάλογος της διαφοράς θερμοκρασίας (ΔT) Αντιστρόφως ανάλογος του μήκους (Δx) Ανάλογος της εγκάρσιας επιφάνειας (Α) ΔT q x A Δ x Νόμος Fourier T qx ka x ρυθμός μεταφοράς θερμότητας ή T qx k x ροή θερμότητας 5

Γενική μορφή Νόμου Fourier Ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας και η ροή θερμότητας είναι διανυσματικά μεγέθη Το διάνυσμα της ροής θερμότητας είναι κάθετο σε ισοθερμοκρασιακές επιφάνειες T qn k n Αγωγή θερμότητας σε τρεις διαστάσεις q kt T qz k z T qy k y T qx k x 6

Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας Διαστάσεις Ενέργεια [ k] Χρόνος Επιφάνεια Βαθμίδα Θερμοκρασίας Μονάδες: W/m K Σχέσεις μεγέθους k k k αερίων υγρών στερεών Εξάρτηση από T και p k f ( T) k όταν T στερεών στερεών k f ( T) k όταν T υγρών υγρών k f ( T, p) k όταν T αερίων αερίων 7

Αγωγή σε μόνιμη κατάσταση Συνθήκες Επίπεδο τοίχωμα Μονοδιάστατη αγωγή Μόνιμη κατάσταση Χωρίς παραγωγή θερμότητας Σταθερός συντελεστής αγωγιμότητας Ροή θερμότητας σταθερή (από ισοζύγιο ενέργειας) T T q x k ct ct x x Βαθμίδα θερμοκρασίας σταθερή (γραμμική μεταβολή) T T T x L 2 1 Ροή θερμότητας και ρυθμός μεταφοράς θερμότητας (σταθερός) T q k x T L 1 2 T T q q Α q ka L x x x 1 2 8

Παράδειγμα 1 Θερμικές απώλειες από τοίχωμα κλιβάνου Να υπολογισθούν οι θερμικές απώλειες από το τοίχωμα κλιβάνου Δεδομένα Πάχος τοιχώματος L = 10 cm Επιφάνεια τοιχώματος A = 5 m 2 Θερμοκρασία εσωτερικής πλευράς T 1 = 800 C Θερμοκρασία εξωτερικής πλευράς T 2 = 20 C Τοίχωμα από πυρίμαχο τούβλο με k = 1.3 W/m K 9

Παράδειγμα 1 Λύση Θερμικές απώλειες Ροή θερμότητας T T L 800 20 W 1.3 10140 2 0.1 m 1 2 x k q Ρυθμός μεταφοράς θερμότητας Θερμικές απώλειες q x q A 101405 50700 W x Παραδοχές (α) Το υλικό μέσο από το οποίο μεταφέρεται η θερμότητα είναι στερεό, οπότε ο μόνος μηχανισμός μεταφοράς είναι η αγωγή (β) Σταθερή ροή θερμότητας, πράγμα που προϋποθέτει μόνιμη κατάσταση, σταθερές θερμοκρασίες των επιφανειών, χωρίς παραγωγή θερμότητας (γ) Σταθερός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας (δ) Αγωγή προς μία κατεύθυνση, δηλαδή οι ισοθερμοκρασιακές επιφάνειες είναι παράλληλα επίπεδα 10

Συναγωγή Μακροσκοπικά φαινόμενα Θερμότητα μεταφέρεται λόγω μετακίνησης μάζας ρευστού. Το ρευστό που μετακινείται από μια θέση του χώρου σε άλλη μεταφέρει μαζί του και την ενέργεια που περιέχει, επηρεάζοντας το ενεργειακό περιεχόμενο (και τη θερμοκρασία) του χώρου στον οποίο καταλήγει. Εξαναγκασμένη κυκλοφορία Φυσική κυκλοφορία 11

Συναγωγή από επιφάνεια σε ρευστό Οριακό στρώμα θερμοκρασίας και ταχύτητας Κατανομή θερμοκρασίας q k στο οριακό στρώμα y y 0 T Νόμος ψύξης του Newton q hts T 12

Συντελεστής συναγωγής Διαστάσεις h Ενέργεια Χρόνος Επιφάνεια Διαφορά Θερμοκρασίας Μονάδες: W/m 2 K f (χαρακτηριστικά ροής, ιδιότητες ρευστού) ταχύτητα γεωμετρία Τυπικές τιμές αγωγιμότητα (k) ειδική θερμότητα (c p ) ιξώδες (μ) πυκνότητα (ρ) Πεδίο ροής h (W/m 2 K) Φυσική κυκλοφορία Αέριο 2 25 Φυσική κυκλοφορία Υγρό 10 1000 Εξαναγκασμένη κυκλοφορία Αέριο 25 250 Εξαναγκασμένη κυκλοφορία Υγρό 50 20000 Βρασμός και συμπύκνωση 2500 100000 13

Παράδειγμα 2 Συναγωγή από την επιφάνεια ηλεκτρικής αντίστασης Θεωρείται ηλεκτρική αντίσταση ισχύος 2 kw που έχει τη μορφή κυλίνδρου μήκους L = 20 cm και διαμέτρου D = 2 cm. Η αντίσταση τοποθετείται σε νερό θερμοκρασίας T = 25 C όπου ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή από την επιφάνεια του κυλίνδρου προς το ρευστό είναι h water = 2500 W/m 2 K α) Ποια θα είναι η θερμοκρασία στην επιφάνεια της αντίστασης σε μόνιμη κατάσταση; β) Ποια θα είναι η θερμοκρασία στην επιφάνεια της αντίστασης αν αφεθεί στον αέρα της ίδιας θερμοκρασίας, όπου ο συντελεστής μεταφοράς με συναγωγή είναι h air = 20 W/m 2 K; 14

Παράδειγμα 2 Λύση Ανάλυση Η θερμότητα που παράγεται απομακρύνεται με συναγωγή από την επιφάνεια Α q ha Ts T Επομένως, η θερμοκρασία της επιφάνειας είναι q Ts T h A Η επιφάνεια συναγωγής είναι 2 2 D 0.02 A πld 2π π0.20.02 2 π 1.31910 m 4 4 Εφαρμογή 2 2 Στο νερό Στον αέρα T s, water T s, air 3 q 210 T 25 85.65C 358.8K 2 h A 25001.319 10 water 3 q 210 T 25 7606.5C 7879.65 K 2 h A 201.319 10 air 15

Θερμική ακτινοβολία Θερμότητα μεταφέρεται με ηλεκτρομαγνητικά κύματα χωρίς να απαιτείται η ύπαρξη ύλης Ερμηνεία Θεωρία Maxwell Ηλεκτρομαγνητικά κύματα Θεωρία Max Planck Φωτόνια Θερμική ακτινοβολία εκπέμπουν όλα τα στερεά σώματα όλα τα υγρά ορισμένα αέρια Η θερμική ακτινοβολία που δέχονται τα σώματα (προσπίπτουσα ακτινοβολία) Ανακλάται (ανακλώμενη ακτινοβολία) Απορροφάται (απορροφούμενη ακτινοβολία) Διέρχεται (διερχόμενη ακτινοβολία) 16

Εκπεμπόμενη ακτινοβολία Μέλαν σώμα Μέγιστος ρυθμός εκπομπής Εκπέμπει το μέγιστο ποσό θερμικής ενέργειας Απορροφά όλη την προσπίπτουσα ακτινοβολία Μέγιστος ρυθμός εκπομπής q σt b 4 s Νόμος Stefan-Boltzmann Ρυθμός εκπομπής πραγματικής επιφάνειας 4 q εσt s Συντελεστής εκπομπής ε ε q q b 0 ε 1 17

Ανταλλαγή ακτινοβολίας με περιβάλλουσα επιφάνεια Καθαρός ρυθμός μεταφοράς θερμότητας από την Α στην περιβάλλουσα επιφάνεια q Aεσ T T 4 4 s sur Συντελεστής μεταφοράς με ακτινοβολία r s sur hr εσ Ts 2 Tsur 2 Ts Tsur q h A T T Συνδυασμένη μεταφορά με ακτινοβολία και συναγωγή 4 4 q qrad qconv Aεσ Ts Tsur ha Ts T ή q hr A Ts Tsur ha Ts T 18

Παράδειγμα 3 Συναγωγή και ακτινοβολία από αγωγό μεταφοράς ατμού Η εξωτερική επιφάνεια ενός αγωγού μεταφοράς ατμού, διαμέτρου D = 10 cm, έχει θερμοκρασία T s = 100 C. Ο αγωγός περνάει από χώρο του οποίου ο αέρας και τα τοιχώματα βρίσκονται σε θερμοκρασία T = T s = 25 C. Ο συντελεστής εκπομπής ε του υλικού στους 100 C είναι 0.8 και ο συντελεστής μεταφοράς με συναγωγή h είναι 15 W/m 2 Κ Να υπολογισθούν οι θερμικές απώλειες ανά μέτρο μήκους του αγωγού. 19

Παράδειγμα 3 Λύση 1/2 Θερμικές απώλειες ανά μέτρο μήκους αγωγού Μεταφορά θερμότητας από την επιφάνεια του αγωγού στο περιβάλλον με ακτινοβολία και συναγωγή 4 4 q q q rad ha T T Aεσ T T conv s s sur Εξωτερική επιφάνεια αγωγού ανά μονάδα μήκους (L = 1 m) A πdl π 0.11 0.314 m 2 Απόλυτες θερμοκρασίες T 100 273.15 373.75K T 25 273.15 298.15K s sur Ρυθμός μεταφοράς θερμότητας T q 8 4 4 0.314 15 (373.15 298.15) 0.314 0.8 5.67 10 373.15 298.15 517 W 20

Παράδειγμα 3 Λύση 2/2 Εναλλακτικά (σύγκριση συντελεστών μεταφοράς) conv s r s sur q h h rad r A Ts T q q q ha T T h A T T Συντελεστής ακτινοβολίας 2 2 h εσ T T T T r s sur s sur Ρυθμός μεταφοράς θερμότητας r s 517 W q h h A T T W για T sur = T W h 15 m K 6.947 σύγκριση με m 2 K 2 Στις σχέσεις υπολογισμού που αφορούν στην ακτινοβολία είναι απαραίτητη η χρήση απόλυτων θερμοκρασιών Στους υπολογισμούς αγωγής και συναγωγής, όπου εμφανίζονται μόνο διαφορές θερμοκρασίας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε απόλυτες είτε σχετικές θερμοκρασίες 21

Παράδειγμα 4 Συναγωγή και ακτινοβολία από την επιφάνεια ηλεκτρικής αντίστασης Επιστρέφοντας στο Παράδειγμα 2 να υπολογιστεί η θερμοκρασία της επιφάνειας της αντίστασης, όταν αυτή βρίσκεται σε αέρα, για τα εξής δεδομένα: Ρυθμός παραγωγής θερμότητας 2 kw, Επιφάνεια Α = 1.319 10-2 m 2 Συντελεστής συναγωγής h = 20 W/m2 K Συντελεστής εκπομπής ε = 0.8 Θερμοκρασία αέρα και τοιχωμάτων που περιβάλλουν την αντίσταση T = Τ sur = 25 C 22

Παράδειγμα 4 Λύση Ανάλυση Η θερμότητα που παράγεται απομακρύνεται με συναγωγή και ακτινοβολία από την επιφάνεια Α q hr A Ts Tsur ha Ts T για Τ sur = Τ q hr h ATs T T s T h r q h A όπου 2 2 h εσ T T T T r s s Εφαρμογή Επιλύοντας τις παραπάνω σχέσεις αριθμητικά 2 hr 130.5 W m K Ts 1305.69 K 1032.54C Αγνοώντας την ακτινοβολία (Παράδειγμα 3) είχε προκύψει T 7879.65 K 7606.5C s 23

Σύνοψη των εξισώσεων ρυθμού Αγωγή Συναγωγή Ακτινοβολία Επίπεδο τοίχωμα, 1D, μόνιμη κατάσταση, χωρίς παραγωγή, σταθερό k Εξαναγκασμένη ή φυσική κυκλοφορία Ανταλλαγή θερμότητας με περιβάλλουσα επιφάνεια T1 T2 cond q conv h rad k Ts T q εσ Ts 4 Tsur 4 q L Παρατήρηση σχετικά με το πρόσημο και τη φορά της ροής θερμότητας Στις παραπάνω σχέσεις, η θετική φορά της ροής θερμότητας είναι όπως στα σχήματα: από Τ 1 σε Τ 2 (αγωγή) από Τ s σε T (συναγωγή) από T s σε T sur (ακτινοβολία) Αν προκύψει αρνητική τιμή της ροής θερμότητας, η φορά είναι αντίθετη με αυτή των σχημάτων. h T T r s sur 24

Ερώτηση Έχετε παρατηρήσει ότι σε μια αίθουσα διδασκαλίας που κλιματίζεται (σταθερή θερμοκρασία χώρου π.χ. 20 C) οι φοιτητές παρακολουθούν το καλοκαίρι το μάθημα φορώντας σορτς και κοντομάνικα; Όμως, νοιώθουν άνετα όπως και το χειμώνα που φορούν μάλλινα ρούχα και μακρυμάνικα πουλόβερ. Αν ναι, εξηγήστε γιατί; 25