Wymiana ciepła

Umożliwia poznanie podstawowych pojęć i praw z zachowaniem podziały wymiany ciepła na przewodzenie, konwekcję i promieniowanie

Treści kształcenia

- 1. Przewodzenie – prawo Fouriera, współczynnik przewodzenia ciepła. Ustalone przewodzenie przez ścianki płaskie, cylindryczne i kuliste. Opory przewodzenia ciepła 2. Konwekcja – prawo Newtona, współczynnik przejmowania (wnikania) ciepła, opór przejmowania ciepła. Przenikanie ciepła przez ścianki płaskie i cylindryczne, współczynnik przenikania ciepła, opory przenikania ciepła 3. Promieniowanie cieplne –prawo Stefana-Boltzmanna. Całkowite właściwości ciał biorących udział w wymianie ciepła przez promieniowanie. Tożsamość Kirchhoffa, prawo rozkładu energii Plancka, monochromatyczne właściwości ciał, ciało szare, reguła przesunięć Wiena. Współczynnik wymiany ciepła przez promieniowanie hr i jego zależność od temperatury. Przykład obliczenia hr dla dwu współśrodkowych powierzchni cylindrycznych. 4. System przewodząco – konwekcyjny na przykładzie prostego, krótkiego żebra, chłodzonego konwekcyjnie - rozkład temperatury i wymieniana moc cieplna. Sprawność żebra i jej zależność od materiału, warunków chłodzenia, wymiarów i kształtu żebra 5. Konwekcja swobodna - przykłady występowania. Siły masowe-następstwo rozkładu temperatury, a dalej – rozkładu gęstości płynu w polu sił (najczęściej grawitacyjnym). Przypadek pionowej płyty; rozkład temperatury i prędkości w warstwie przyściennej. Rozwiązanie na wymianę ciepła; rozkład współczynnika przejmowania ciepła hx wzdłuż wysokości płyty. Forma bezwymiarowa rozwiązań; liczby kryterialne i korzyści wynikające z ich stosowania. Miejscowe liczby: Nusselta Nux i Grashofa Grx, liczba Prandtla Pr, liczba Rayleigha Rax. Forma przedstawiania rozwiązań dla konwekcji swobodnej

6. Konwekcja wymuszona. Typowe przypadki: opływ płaskiej płyty, przepływ przez rurę (rozkład prędkości i temperatury). Liczby kryterialne: liczba Reynoldsa dla opływów Rex oraz przepływów przez kanały Red, Nu oraz Pr. Wymiar charakterystyczny dla opływów i przepływów przez kanały (średnica hydrauliczna). Pojęcie średniej prędkości przepływu i temperatury w masie płynu w danym, poprzecznym przekroju kanału (definicje). Ogólna forma zależności kryterialnej. Rozbieg hydrauliczny i termiczny; zmiana profilu prędkości i miejscowego współczynnika przejmowania ciepła na odcinkach rozbiegu. Sposób uwzględniania, w zależnościach kryterialnych, rozbiegu i zmiany właściwości płynu wraz ze zmianą temperatury płynu w przekroju. Przykłady zależności kryterialnych uzyskanych teoretycznie i empirycznie

7. Przykład rozwiązania analitycznego dla konwekcji wymuszonej: prosta rurka okrągła, rozwinięty profil prędkości, warunek brzegowy stałej temperatury ścianki (ew. stałego strumienia cieplnego na ściance) 8. Analogie w konwekcji.

- Wprowadzenie BHP

1. Przewodzenie przez ściankę płaską – aparat Poensgena

2. Przewodzenie przez ściankę cylindryczną – aparat rurowy

3. Numeryczne modelowanie pól temperatury – metoda bilansów elementarnych 4. Pomiar współczynnika przejmowania ciepła przy konwekcji swobodnej na rurze 5. Badanie rurowego wymiennika ciepła

6. Sprawdzanie praw promieniowania 7. Zaliczanie ćwiczeń laboratoryjnych

Literatura wykorzystywana podczas zajęć wykładowych

J.P. Holman - Heat transfer - McGRAW-HILL. - 1992

S. Wiśniewski, T. Wiśniewski - Wymiana ciepła - WN-T Warszawa. - 1994

F. Wolańczyk - Wymiana ciepła. Przykłady i zadania. - Oficyna Wyd. Polit. Rzesz.. - 2009

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych

B. Bieniasz - red. - Wymiana ciepła i masy. Laboratorium - Oficyna Wydawn. Pol. Rzesz.. - 2001

Literatura do samodzielnego studiowania

J. Madejski - Teoria wymiany ciepła - Wyd. Uczeln. Pol. Szczecińskiej. - 1998

T. Hobler - Ruch ciepła i wymienniki - WN-T Warszawa. - 1986

Literatura uzupełniająca

R. Domański, M. Jaworski, T.S. Wiśniewski - Wymiana ciepła. Laboratorium dydaktyczne - Oficyna Wydawn. Pol. Warsz.. - 2002

J. Wilk, R. Smusz - Wymiana ciepła. Tablice i wykresy. Materiały pomocnicze - Oficyna Wydawn. Pol. Rzesz.. - 2003

Publikacje naukowe

F. Wolańczyk - Pomiar ciśnienia - OFICYNA WYDAWNICZA POLITECHNIKI RZESZOWSKIEJ. - 2018

R. Gałek; P. Gil; M. Szewczyk; F. Wolańczyk - Efficiency of micro combined heat and power unit in real conditions - . - 2018

F. Wolańczyk - Gallium as a metrology substance for measuring thermal conductivity of metals - . - 2016

F. Wolańczyk - Termodynamika, Przykłady i Zadania. Wydanie 4 - OFICYNA WYDAWNICZA POLITECHNIKI RZESZOWSKIEJ. - 2015