|
Vyučující
|
-
Duda Daniel, Doc. RNDr. Ph.D.
-
Yanovych Vitalii, Doc. doktor technických věd
-
Linhart Jiří, Prof. Ing. CSc.
|
|
Obsah předmětu
|
Obsah přednášek: 1. Úvod: Tepelná energie a její přenos, teplota, tensor napětí v proudící tekutině. Odvození a výklad stavové rovnice, Navier-Stokesovy rovnice a rovnice kontinuity. 2. Odvození a výklad energetické rovnice se zjednodušením na Fourier-Kirchhoffovu rov. Biot -Fourierův zákon, tepelná vodivost a její zvláštnosti u kovů a izolačních materiálů. 3. Ustředňování parciálních diferenciálních rovnic pro turbulentní proudění. Turbulentní vazkost a turbulentní tepelná vodivost vyjádřené pomocí fluktuací rychlosti a teploty. Podmínky jednoznačnosti, které doplňují diferenciální rovnice. Jsou geometrické, fyzikální, časové a okrajové pěti druhů. 4. Prandtlova teorie směšovací délky a délky ztráty entalpie. Vztah mezi turbulentní vazkostí a turbulentní tepelnou vodivostí. Teorie podobnosti ve sdílení tepla, kriteria podobnosti a jejich určení z parciálních diferenciálních rovnic, postup stanovení kriteriální rovnice. 5. Analytické řešení stacionárního vedení tepla při použití Biot-Fourierova nebo Fourier-Kirchhoffova zákona v jednoduchých nebo složených tělesech: rovinná a válcová stěna s vnitřním zdrojem tepla či bez něho, určení optimální válcové tepelné izolace. 6. Stacionární vedení tepla v prizmatické tyči vetknuté do stěny, v axiálním a radiálním žebru. Nestacionární vedení tepla řešené Fourierovou metodou, pohybující se bodový zdroj tepla a vývoj teploty v jeho okolí. 7. Diskretizace Fourier-Kirchhoffovy rovnice pro nestacionární vedení tepla při použití 2 metod: síťové a tepelných bilancí. Vlastnosti explicitních, implicitních a smíšených numerických metod. Diskretizace okrajových podmínek. Eliminace chyb a nestabilit výpočtů. 8. Teplotní a rychlostní mezní vrstva, jejich integrální rovnice využívající náhradní mezní vrstvy. Pohlhausenova metoda pro určení rozložení rychlosti a teploty v mezních vrstvách. Výpočet vývoje jejich tloušťky potřebné k učení součinitele přestupu tepla. 9. Přirozená konvekce počítaná na základě experimentálních výsledků. Určení potřebných kriterií podobnosti použitím dimenzionální analýzy. Přirozená konvrkce v otevřeném a uzavřeném prostoru počítaná použitím Michejevových kriteriálních rovnic. 10. Nucená konvekce ve vyvinutém a nevyvinutém proudění v trubkách a kanálech. Určení kriterií podobnosti potřebných pro platné kriteriální rovnice. Konvekce při příčném obtékání osamělých trubek a trubkových svazků uspořádaných v řadách nebo vystřídaně. 11. Konvekce při varu kapaliny v nádobě a v trubkách. Podmínky pro vznik bublin nebo flmového varu v nádobě. Kružilinova kriteria podobnosti pro určení součitele přestupu tepla při bublinovém varu v nádobě. Krize varu v trubkách a jak jí zabránit v parních kotlech. 12. Konvekce při kondenzaci páry na vodorovných trubkových svazcích, svislých trubkách a na vertikálních stěnách. Dva typy kondenzace: upřednostňovaná filmová a kapková. Podmínky pro rychlý průběh kondenzace v kondenzátorech. 13. Přenos hmotnosti ve směsích plynů způsobený různou koncentrací komponent, Fickův a Steffanův zákon. Konvekce vybuzená difúzí. Analogie mezi rovnicemi teplotní a difúzní mezní vrstvy, mezi přenosem tepla a hmotnosti. Difúzní kriteria a kriteriální rovnice. 14. Tepelné výměníky: regenerátor, rekuperátor (protiproud, souproud, křížový, násobný křížový, atd), směšovací, speciální (Ljungstroem, tepelná trubice, vírová trubice) a jejich vlastnosti. Výpočet středního logaritmického rozdílu teplot pracovních medií, součinitel prostupu tepla a přenášené teplo v různých typech rekuperativních výměníků tepla. 15. Sálání: Planckův zákon, Stefan-Boltzmanův, Kirchhoffův a Lambertův zákon, efektivní sálavost, výměna tepla mezi paralelními a obecně položenými povrchy, součinitel osálání. Sálání plynů, sálavost vlhkého atmosférického vzduchu, když obsahuje CO2.
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
Přednáška, Cvičení
- Příprava na zkoušku [10-60]
- 50 hodin za semestr
- Vypracování seminární práce v magisterském studijním programu [5-100]
- 40 hodin za semestr
- Příprava na souhrnný test [6-30]
- 15 hodin za semestr
- Kontaktní výuka
- 60 hodin za semestr
|
| Předpoklady |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| - pracovat s obyčejnými a parciálními diferenciálními rovnicemi, - používat alespoň jeden komerční výpočtový program, nejlépe MATLAB, - připravit a prezentovat individuální výpočtovou zprávu. |
| Odborné dovednosti |
|---|
| - řešit běžné typy obyčejných diferenciálních rovnic 1. a 2. řádu, - vypočítat vlastnosti jednoduchých proudění: rychlostní profil, průtočné množství, tlakovou ztrátu, síly na stěny atd. - určit termodynamické parametry průběhu vratných změn idealních plynů a par, pracovat s diagrami p-v. T-s, h-s. |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| mgr. studium: samostatně získávají další odborné znalosti, dovednosti a způsobilosti na základě především praktické zkušenosti a jejího vyhodnocení, ale také samostatným studiem teoretických poznatků oboru., |
| Výsledky učení |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| - je seznámen se strukturou základních diferenciálních rovnic proudění a sdílení tepla včetně podmínek jednoznačnosti, - naučil se jak řešit jednoduché případy vedení tepla analyticky a komplikovanější úlohy numericky, - je seznámen s teorií podobnosti a jejím praktickým využíváním v konvektivním přestupu tepla, - naučil se řešit přenos hmotnosti ve dvoukomponentních směsích (difúze způsobená rozdílnou koncentrací složek směsi), - získal komplexní znalost o sálání pevných těles a plynů včetně výpočtových metod. |
| Odborné dovednosti |
|---|
| - vypočítá stacionární nebo nestacioinární teplotní pole v tělese jednoduchého tvaru analyticky, v tělese složitého tvaru numericky, včetně tepelných toků, a to při pěti různých okrajových podmínkách; - použitím integrální rovnice rychlostní a teplotní mezní vrstvy, student stanoví součinitel přestupu tepla z tělesa do tekutiny a množství ztraceného tepla; - navrhne vhodný výměník tepla pro požadované parametry. |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| mgr. studium: plánují, podporují a řídí s využitím teoretických poznatků oboru získávání dalších odborných znalostí, dovedností a způsobilostí ostatních členů týmu, |
| Vyučovací metody |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| Přednáška založená na výkladu, |
| Cvičení (praktické činnosti), |
| Odborné dovednosti |
|---|
| Studenti vypracují 2 výpočové referáty ve formě výzkumné zprávy z kondukce a konvekce každý s individuálním tématem |
| Cvičení (praktické činnosti), |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| Přednáška založená na výkladu, |
| Hodnotící metody |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| - 6 testů v průběhu semestru; - ústní zkouška s písemnou přípravou (kombinovaná). |
| Ústní zkouška, |
| Test, |
| Odborné dovednosti |
|---|
| 2 výpočtové referáty na individuální zadání |
| Seminární práce, |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| Ústní zkouška, |
| Test, |
|
Doporučená literatura
|
-
Breeze, P. Combined Heat and Power. 2017. ISBN 0128129085.
-
Ghajar, A.J. Heat and Mass Transfer. New York, 2014. ISBN 9789814595278.
-
Naterer, G.F. Advanced Heat Transfer. 2018. ISBN 9781138579323.
-
Rathore, M.M. Engineering Heat Transfer. New Delhi, 2009. ISBN 0763777528.
-
Serth, R. Process Heat Transfer. 2014. ISBN 0123971950.
-
Welty, J.R., Wics, C.E., Wilson, R.E. Rorrer, G.L. Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer. New York, Brisbane, Toronto, Singapore, 2001. ISBN 0-471-38149-7.
-
Yadigarogh, G., Ziskind, G. Multiphase Flow Phenomena and Applications. 2018. ISBN 9789813227385.
|