Μετάδοση Θερμότητας - Περίγραμμα Μαθήματος

Σκοπός του μαθήματος είναι να δώσει στον απόφοιτο τις απαραίτητες γνώσεις και δεξιότητες που απαιτούνται, ώστε να μπορεί να κατανοεί και να επιλύει προβλήματα της Μετάδοσης Θερμότητας που συναντώνται στις διάφορες εφαρμογές της επιστήμης του μηχανολόγου μηχανικού

Στόχοι του μαθήματος είναι να καταστούν οι φοιτητές ικανοί να:

α) διατυπώνουν τους βασικούς νόμους που διέπουν τη Μετάδοση Θερμότητας και να τους εφαρμόζουν για την επίλυση τεχνικών προβλημάτων,

β) επιλύουν προβλήματα μονοδιάστατης και μόνιμης ροής Θερμότητας,

γ) χρησιμοποιούν και να επιλέγουν μετρητικά όργανα για τη μέτρηση θερμικών μεγεθών και

δ) παρακολουθούν με επιτυχία μαθήματα του προπτυχιακού προγράμματος σπουδών του Τμήματος που σχετίζονται με τη Μετάδοση Θερμότητας.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση να:

• Περιγράφει τις θεμελιώδεις αρχές και νόμους που διέπουν τη Μετάδοση Θερμότητας,
• Διακρίνει τις μορφές μεταφοράς θερμότητας (αγωγιμότητα, συναγωγιμότητα, ακτινοβολία),
• Διακρίνει τις θεμελιώδεις εξισώσεις Μεταφοράς Θερμότητας, Fourier, Θερμικής Αγωγιμότητας σε διαφορική και ολοκληρωματική μορφή και εξηγεί τη φυσική σημασία των επιμέρους όρων τους,
• Εφαρμόζει τις θεμελιώδεις εξισώσεις Μεταφοράς Θερμότητας, Fourier, Θερμικής Αγωγιμότητας για την ανάλυση προβλημάτων μονοδιάστατης ροής θερμότητας,
• Εφαρμόζει αναλυτικές μεθόδους για την υπολογισμό θερμο-ρευστομηχανικών μεγεθών σε πρακτικές εφαρμογές, όπως εναλλάκτες θερμότητας κ.α.,
• Αξιολογεί τη λειτουργία πρακτικών εφαρμογών και προτείνει βέλτιστες λύσεις,
• Εφαρμόζει τις απαιτούμενες διαδικασίες για τη διεξαγωγή εργαστηριακών δραστηριοτήτων και να υποβάλει τεχνική έκθεση σχετικά με αυτές,
• Συνεργαστεί με τους συμφοιτητές του για να αναλύσουν και να παρουσιάσουν μελέτη που μπορεί να περιλαμβάνει υπολογιστικό ή/και πειραματικό μέρος με χρήση εργαλείων υπολογιστικής και πειραματικής Μετάδοσης Θερμότητας, συνδυάζοντας τις τεχνολογίες πληροφοριών και επικοινωνίας,
• Προσδιορίζει, οργανώνει και ταξινομεί βιβλιογραφικές πηγές και πληροφορίες από το διαδίκτυο για την υποστήριξη των περιπτώσεων μελέτης,
• Χρησιμοποιεί το εκπαιδευτικό υλικό ως βάση για τη μελλοντική αυτο-εκπαίδευση στο αντικείμενο.

Ορισμοί: Σχέσεις Μετάδοσης Θερμότητας και Θερμοδυναμικής - Οριοθετήσεις της Κλασσικής Θερμοδυναμικής - Εισαγωγικές έννοιες των μηχανισμών της μεταφοράς θερμότητας και μορφές της - Αγωγιμότητα – Συναγωγιμότητα - Ακτινοβολία.

Αγωγιμότητα σε Καρτεσιανές συντεταγμένες: Αρχές της θερμικής αγωγιμότητας - Ισοτροπικό / Ανισοτροπικό στερεό - Νόμος Fourier σε Καρτεσιανές συντεταγμένες - Γενική Διαφορική Εξίσωση Θερμοκρασιακού πεδίου – Εξισώσεις Biot-Savart / Poisson / Laplace - Μονοδιάσταση / Σταθερή Θερμοκρασιακή Διανομή - Ηλεκτρικό Ανάλογο σε απλά και σύνθετα τοιχώματα - Μεταβλητός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας.

Αγωγιμότητα σε Κυλινδρικές Συντεταγμένες: Γεν. Διαφορικές. Εξισώσεις Biot-Savart / Poisson / Laplace - Θερμοκρασιακή διανομή σε κοίλο κύλινδρο - Ροή θερμότητας σε κοίλο κύλινδρο / ομόκεντρους κυλίνδρους / και με ρεύματα (εσωτερικά / εξωτερικά) - κριτική ακτίνα μόνωσης.

Αγωγιμότητα σε Σφαιρικές Συντεταγμένες: Γεν. Διαφορικές Εξισώσεις Biot-Savart / Poisson / Laplace - Θερμοκρασιακή διανομή σε κοίλη σφαίρα - Ροή θερμότητας σε κοίλη σφαίρα / ομόκεντρες σφαίρες / και με ρεύματα (εσωτερικά / εξωτερικά) - κριτική ακτίνα μόνωσης.

Συναγωγή: Εξίσωση Newton - Αριθμοί Nusselt, Prandtl, Stanton, Grashof - Ελεύθερη και Εξαναγκασμένη Συναγωγή σε εσωτερικές και εξωτερικές ροές - Συνολικός Συντελεστής Μεταφοράς Θερμότητας - Χρήση εφαρμογής Ηλεκτρικού Αναλόγου.

Εναλλάκτες Θερμότητας: Είδη ομορροής / αντιρροής / διασταυρούμενης με ή χωρίς ανάμιξη ρευμάτων - Μέση λογαριθμική θερμοκρασιακή διαφορά – Μέθοδος LMTD -Βαθμός απόδοσης - Μέθοδος NTU.

Γενικές Αρχές ακτινοβολίας και μορφές ροής - Θερμική Ακτινοβολία και Συντελεστές Ανάκλασης, Απορρόφησης, Διαπερατότητας - Ένταση και Ισχύς Ακτινοβολίας. Νόμοι Plank, Lambert, Wein, Stefan Boltzmann - Ακτινοβολία Φυσικών Σωμάτων & Νόμος Kirchhoff - Ακτινοβολία δύο Μελανών Σωμάτων και Συντελεστές - Ακτινοβολία μεταξύ ομόκεντρων σφαιρικών ή κυλινδρικών Σωμάτων - Γενικευμένη περίπτωση επιφανειών.

Ελληνική Βιβλιογραφία :

• Νίκας Κ.-Σ. Π., 2010, Αρχές της Μετάδοσης Θερμότητας για Μηχανικούς, Αυτοέκδοση.
• Νίκας Κ.-Σ. Π. & Παπάζογλου Ελ., 2010, Αρχές της Μετάδοσης Θερμότητας για Μηχανικούς – Συνοπτική Θεωρία & Ασκήσεις, Αυτοέκδοση.
• Σημειώσεις διδάσκοντα.

Αγγλική Βιβλιογραφία :

• Bejan A., 1993, Heat Transfer, John Wiley & sons Inc.
• Cengel Y. A. 2002, Heat Transfer, A Practical Approach, McGraw – Hill (2nd edition).
• Holman J. P., 2009, Heat Transfer, McGraw – Hill (10th edition).
• Incropera F. P., Dewitt D. P., Bergman T. L., Lavine A. S., 2006, Introduction to Heat Transfer, John Wiley & sons, Inc. (5th edition).
• Kreith F., Bohn M. S., 2001, Principles of Heat Transfer, Thomson (6th edition).
• Long C. A., 1999, Essential Heat Transfer, Pearson Education Ltd.

 

Περίγραμμα Μαθήματος

Απογραφικό Δελτίο Ακαδημαϊκού Έτους 2014 - 2015