Wymiana ciepła

Moduł zapoznaje z poszczególnymi rodzajami ustalonej i nieustalonej wymiany ciepła: przewodzeniem, konwekcją naturalną i wymuszoną oraz promieniowaniem cieplnym. Wszystkie one są przybliżane przez ćwiczenia obliczeniowe i pomiary laboratoryjne wykonywane m.in. na stanowiskach służących celom naukowym.

Treści kształcenia

- 1. Różne rodzaje wymiany ciepła. Przewodzenie - prawo Fouriera, konwekcja - prawo Newtona, promieniowanie cieplne - prawo Stefana - Boltzmanna; 2. Ustalone przewodzenie jednowymiarowe przez zwykłą i złożoną ściankę płaską, cylinder i kulę drążoną. Oporność cieplna przewodzenia; 3. Przenikanie ciepła przez ścianki. Współczynnik przenikania ciepła przez ściankę płaską i cylindryczną. Cieplna oporność przenikania ciepła. Ogólne równanie przewodzenia z uwzględnieniem nieustalonego przewodzenia jedno- i wielowymiarowego, ze źródłami ciepła, w różnych układach współrzędnych; szczególne przypadki; 4. System przewodząco – konwekcyjny w przypadku ustalonej wymiany ciepła dla płaskiego żebra. Sprawność żebra; 5. Nieustalona wymiana ciepła przez: system skupiony, ciało półnieskończone z różnymi warunkami brzegowymi (stałej temperatury, stałego strumienia ciepła i warunkiem konwekcyjnym); 6. Konwekcja wymuszona. Przepływ lepki i nielepki. r. energii. Laminarna warstwa graniczna przy płaskiej płycie; równanie ciągłości i równanie pędu dla warstwy przyściennej; 7. Całkowa analiza laminarnej warstwy granicznej; całkowe równanie pędu, rozkład prędkość płynu, grubość laminarnej warstwy granicznej; 8. Równanie energii dla laminarnej warstwy granicznej przy płaskiej płycie. Termiczna warstwa graniczna; całkowe równanie energii; 9. Grubość termicznej warstwy granicznej, miejscowy i średni współczynnik przejmowania ciepła (liczba Nusselta). Zależność między tarciem w płynie, a wymianą ciepła; współczynnik tarcia, liczba Stantona, analogia Reynoldsa; 10. Konwekcja swobodna na przykładzie laminarnej warstwy granicznej przy pionowej płytce; siły masowe, równanie ruchu, równanie energii, liczba Grashofa, rozwiązanie na miejscową liczbę Nusselta; 11. Promieniowanie cieplne; właściwości ciał, emisyjność, tożsamość Kirchhoffa, prawo Plancka, reguła przesunięć Wiena ciała szare; 12. Współczynniki kształtu promieniowania, prawo wzajemności. Intensywność promieniowania i jej związek z natężeniem promieniowania ciał doskonale czarnych; 13. Promieniowanie między ciałami nieczarnymi; jasność i opromienienie, sieci promieniowania; 14. Ekrany. Promieniowanie poprzez medium absorbująco – przepuszczające; 15. Podsumowanie

- 1. Ustalone, jednowymiarowe przewodzenie przez ściankę płaską i cylindryczną; 2. Ustalone jednowymiarowe przenikanie ciepła przez ściankę płaską i cylindryczną; 3. Ustalona wymiana ciepła za pośrednictwem żeber; 4. Nieustalona wymiana ciepła systemu skupionego i półprzestrzeni; 5. Konwekcja wymuszona bez zmiany fazy; 6. Konwekcja swobodna bez zmiany fazy; 7. Promieniowanie cieplne; 8. Kolokwium zaliczeniowe

- 1. Informacje wstępne. Omówienie ćwiczeń realizowanych w ramach przedmiotu; 2. Pomiar współczynnika przewodzenia ciepła aparatem płytowym i rurowym; 3. Wyznaczanie dyfuzyjności cieplnej metodą stanu uporządkowanego; 4. Doświadczalne określenie współczynnika przejmowania ciepła w warunkach nieustalonej wymiany ciepła w ciele stałym; 5. Wyznaczanie współczynnika przejmowania ciepła w warunkach konwekcji swobodnej; 6. Wyznaczanie współczynnika wymiany masy / ciepła techniką elektrolityczną; 7. Doświadczalne sprawdzanie praw promieniowania; 8. 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

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych

F. Wolańczyk - Wymiana ciepła. Przykłady i zadania. Materiały pomocnicze - Oficyna Wydawn.Pol. Rzesz.. - 2002

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

B. Staniszewski - Wymiana ciepła. Zadania i przykłady - PWN Warszawa. - 1965

B. Staniszewski - Wymiana ciepła. Podstawy teoretyczne - PWN Warszawa. - 1979

Literatura uzupełniająca

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

P. Furmański, R. Domański - Wymiana ciepła. Przykłady obliczeń i zadania - Oficyna Wydawn. Pol. Warsz.. - 2004

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