U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací

Podobné dokumenty
Termomechanika 11. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Termomechanika 10. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

PROCESY V TECHNICE BUDOV 11

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

1 Zatížení konstrukcí teplotou

M T I B A ZÁKLADY VEDENÍ TEPLA 2010/03/22

102FYZB-Termomechanika

Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Termomechanika 12. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

17. Základy přenosu tepla - přenosu tepla vedením, přenos tepla prouděním, nestacionární přenos tepla, prostup tepla, vyměníky tepla

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Mechanika tekutin. Hydrostatika Hydrodynamika

VI. Nestacionární vedení tepla

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 2

Příklad 1: V tlakové nádobě o objemu 0,23 m 3 jsou 2 kg vodní páry o tlaku 1,6 MPa. Určete, jestli je pára sytá, mokrá nebo přehřátá, teplotu,

Dynamická viskozita oleje (Pa.s) Souřadný systém (proč)?

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 8

Hydromechanické procesy Obtékání těles

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 9

Šíření tepla. Obecnéprincipy

Teplotní roztažnost Přenos tepla Kinetická teorie plynů

SDÍLENÍ TEPLA A ÚSPORY ZATEPLENÍM I.

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov. Modelování termohydraulických jevů 3.hodina. Hydraulika. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

Výpočtové nadstavby pro CAD

MĚŘENÍ EMISÍ A VÝPOČET TEPELNÉHO VÝMĚNÍKU

þÿ PY e s t u p t e p l a

Stavební tepelná technika 1 - část A Jan Tywoniak ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Stavební fyzika (L)

Spalovací zařízení a výměníky tepla Podklady pro cvičení

Termodynamika ideálních plynů

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Václav Uruba home.zcu.cz/~uruba ZČU FSt, KKE Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i., ČVUT v Praze, FS, UK MFF

Návrh deskového výměníku sirup chladicí voda (protiproudové uspořádání)

Kondenzace brýdové páry ze sušení biomasy

Fyzikální parametry oleje: dynamická viskozita je 8 mpa s a hustota 850 kg m 3.

1/58 Solární soustavy

VÝSLEDKY OVĚŘOVÁNÍ ZEMNÍHO MASIVU JAKO ZDROJE ENERGIE PRO TEPELNÁ ČERPADLA. Technická fakulta České zemědělské univerzity v Praze

TERMIKA II. Stacionární vedení s dokonalou i nedokonalou izolací; Obecná rovnice vedení tepla; Přestup a prostup tepla;

Václav Uruba home.zcu.cz/~uruba ZČU FSt, KKE Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i., ČVUT v Praze, FS, UK MFF

Návrh trubkového zahřívače kapalina - kapalina (protiproudové uspořádání) Postup výpočtu

ZKUŠEBNÍ ZAŘÍZENÍ PRO HODNOCENÍ SKRÁPĚNÝCH TRUBKOVÝCH SVAZKŮ

=, V = T * konst. =, p = T * konst. Termodynamika ideálních plynů

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV PROCESNÍHO A EKOLOGICKÉHO INŽENÝRSTVÍ

Přednáška č. 5: Jednorozměrné ustálené vedení tepla

Otázky Termomechanika (2014)

Kuželový čep. D α. Krouticí moment (N.m) M k =M k (D,h,ω,α,µ) Teplota vzduchu ( C) T=T(z,...) s d. 160 o C 100 o C

Univerzita obrany. Měření na výměníku tepla K-216. Laboratorní cvičení z předmětu TERMOMECHANIKA. Protokol obsahuje 13 listů. Vypracoval: Vít Havránek

Mechanika tekutin je nauka o rovnováze a makroskopickém pohybu tekutin a o jejich působení na tělesa do ní ponořená či jí obtékaná.

Teorie měření a regulace

FLUENT přednášky. Turbulentní proudění

Tepelné procesy. Přednášky a cvičení AN: prof. Fatima Hassouna, učebna B139. Přednášky CZ: prof. Pavel Hasal, posluchárna B III

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123MAIN tepelně-fyzikální parametry

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

Aproximativní analytické řešení jednorozměrného proudění newtonské kapaliny

Optimalizace teplosměnné plochy kondenzátoru brýdových par ze sušení biomasy

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM tepelně-fyzikální parametry

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

Přenos tepla 1: ustálený stav, okrajové podmínky, vliv vlhkosti. Ing. Kamil Staněk, Ph.D. 124XTDI TERMOVIZNÍ DIAGNOSTIKA.

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

1/1 PŘEHLED TEORIE A VÝPOČTOVÝCH VZTAHŮ. Základní stavové veličiny látky. Vztahy mezi stavovými veličinami ideálních plynů

Ročník: 1. Mgr. Jan Zmátlík Zpracováno dne:

Tepelně vlhkostní mikroklima. Vlhkost v budovách

N_SFB. Stavebně fyzikální aspekty budov. Přednáška č. 3. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

Sdílení tepla. Úvod - Přehled. Sdílení tepla mezi termodynamickou soustavou a okolím je podmíněno rozdílností teplot soustavy T.

VLASTNOSTI KAPALIN. Část 2. Literatura : Otakar Maštovský; HYDROMECHANIKA Jaromír Noskijevič; MECHANIKA TEKUTIN František Šob; HYDROMECHANIKA

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Fakulta strojního inženýrství. Energetický ústav DIPLOMOVÁ PRÁCE

6. Jaký je výkon vařiče, který ohřeje 1 l vody o 40 C během 5 minut? Měrná tepelná kapacita vody je W)

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Technologie a procesy sušení dřeva

Termomechanika cvičení

- není prostorově orientován - ve zvoleném místě prostoru (času) ho lze vyjádřit jednou hodnotou - typické skaláry: teplota, tlak, koncentrace

1. FYZIKÁLNÍ ZÁKLADY ŠÍŘENÍ TEPLA

TEPLOTECHNICKÝ VÝPOČET TRUBKOVÉHO CHLADIČE VZDUCHU

PŘÍKLADY Z HYDRODYNAMIKY Poznámka: Za gravitační zrychlení je ve všech příkladech dosazována přibližná hodnota 10 m.s -2.

Identifikátor materiálu: ICT 2 54

Výsledný tvar obecné B rce je ve žlutém rámečku

Tepelná technika. Teorie tepelného zpracování Doc. Ing. Karel Daďourek, CSc Technická univerzita v Liberci 2007

1 Vedení tepla stacionární úloha

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY NÁVRH OHŘÍVÁKU TOPNÉ VODY PRO VYVEDENÍ TEPLA Z TEPLÁRNY SPALUJÍCÍ BIOMASU 5,5 MW

Proudění vody v potrubí. Martin Šimek

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ

Molekulová fyzika a termika:

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Přehled základních fyzikálních veličin užívaných ve výpočtech v termomechanice. Autor Ing. Jan BRANDA Jazyk Čeština

Jméno: _ podpis: ročník: č. studenta. Otázky typu A (0.25 bodů za otázku, správně je pouze jedna odpověď)

3. TEKUTINY A TERMIKA 3.1 TEKUTINY

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

Ing. Jan Sedlář Matematický model chladicího zařízení s odtáváním výparníku ODBORNÁ KONFERENCE SCHKT 26. LEDNA 2016, HOTEL STEP, PRAHA

Anemometrie - žhavené senzory

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ. Studijní program: B2301 Strojní inženýrství Studijní zaměření: Stavba energetických strojů a zařízení

Měření prostupu tepla

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Turbulence

Autokláv reaktor pro promíchávané vícefázové reakce

Transkript:

VII. cená konvekce Fourier Kirchhoffova rovnice T!! ρ c p + ρ c p u T λ T + µ d t :! (g d + Q" ) (VII 1) Stacionární děj bez vnitřního zdroje se zanedbatelnou viskózní disipací! (VII ) ρ c p u T λ T 1. Inspekční analýza F.K. rovnice Bezrozměrná kritéria Pécletovo číslo poměr rychlosti konvektivního a konduktivního přenosu tepla.! ρ c p u T Pe λ T u L Re Pr a (VII 3) u! rychlost proudící tekutiny L a Re Pr charakteristický rozměr teplotní vodivost tělesa Reynoldsovo číslo Prandtlovo číslo. Prandtlovo číslo vyjadřuje míru podobnosti mezi rychlostním a teplotním polem. ν Pr a (VII 4) ν kinematická viskosita a teplotová vodivost. sseltovo číslo poměr rychlosti přestupu tepla mezifázovou plochou ku rychlosti konduktivního přenosu tepla. α S T / V λ T α T / L λ T / L α L λ (VII 5) α součinitel přestupu tepla L charakteristický rozměr λ tepelná vodivost tekutiny (!!! nikoli prostředí jako u Biotova čísla!!!). 1

Graetzovo číslo Gz ρ c p λ L u S Pe L / D (VII 6). cená konvekce f (Re Pr) (VII 7) A. Paralelní obtékání rovinné desky OP I. druhu OP I. druhu teplota stěny T S konst. A1. Laminární oblast Lokální součinitel přestupu tepla α x x Re x x 1/ 33 Rex 0 Pr α x x λ u x ν (A1 1) (A1 ) (A1 3) Střední součinitel přestupu tepla α 1/ 664 ReL α L λ Re L 0 Pr u L ν (A1 4) (A1 5) (A1 6) Platnost: 10 4 < Re L < 5.10 5 01 < Pr < 1 000

A. Turbulentní oblast Lokální součinitel přestupu tepla α x 08 x 0034 Rex Pr x dle (A1 ) Re x dle (A1 3). (A 1) Střední součinitel přestupu tepla α 00405 ReL 08 Pr (A ) N u dle (A1 5) Re L dle (A1 6). Platnost: 5.10 5 < Re L < 10 7 A3. Symboly α x lokální hodnota součinitele přestupu tepla ve vzdálenosti x od náběžné hrany α střední hodnota součinitele přestupu tepla na desce délky L x vzdálenost od náběžné hrany desky L délka desky u rychlost nabíhajícího proudu T S teplota povrchu desky T teplota nabíhajícího proudu T stř střední teplota ; T stř (T S + T )/. λ tepelná vodivost tekutiny ν kinematická vodivost. Hodnoty termofyzikálních vlastností se určí při střední teplotě T stř. B. Paralelní obtékání rovinné desky OP II. druhu OP II. druhu hustota tepelného toku q konst. Lokální součinitel přestupu tepla α x 1/ x 0454 Rex Pr x dle (A1 ) Re x dle (A1 3). (B 1) Střední součinitel přestupu tepla α 1/ 908 ReL 0 Pr N u dle (A1 5) Re L dle (A1 6). (B ) 3

C. Obtékání válce Střední součinitel přestupu tepla α Kreith Black(1980) C C1 Re Pr α D λ Re u D ν (C 1) (C ) (C 3) D průměr válce. Hodnoty termofyzikálních vlastností se určí při střední teplotě T st. Re C 1 C 04 4 0989 0330 4 40 0911 0385 40 4 000 0683 0466 4 000 40 000 0193 0618 40 000 400 000 0066 0805 Whitaker(197) 1/ / 3 04 ( ) µ 04 Re + 006 Re Pr 4 µ S (C 4) N u dle (C ) Re dle (C 3) µ S dynamická viskozita při teplotě stěny T S. Platnost: 1 < Re < 10 5 067 < Pr < 300 Hodnoty termofyzikálních vlastností se určí při teplotě T. Korekční faktor respektuje vliv teplotních diferencí mezi stěnou a nabíhajícím proudem. µ / µ S 4

D. Obtékání koule Střední součinitel přestupu tepla α Whitaker(197) 1/ / 3 04 ( ) µ 04 Re + 006 Re Pr 4 µ S + (D 1) N u dle (C ) Re dle (C 3) µ S dynamická viskozita při teplotě stěny T S. Platnost: 35 < Re < 76.10 4 071 < Pr < 380 Hodnoty termofyzikálních vlastností se určí při teplotě T. Korekční faktor respektuje vliv teplotních diferencí mezi stěnou a nabíhajícím proudem. µ / µ S E. Proudění v trubce OP I. druhu teplota stěny T S konst. E1. Laminární oblast Re < 300 Leveque Hausen Pe Gz < 33 1615 1615 Gz L / D 00668 Gz 366 + 01 < Gz < 1 000 / 3 1+ 004 Gz (E1 1) (E1 ) velmi dlouhé trubky N u 3657 < Gz (E1 3) E. Turbulentní oblast Re > 300 Colburn (analogie mezi přenosem hybnosti a přenosem tepla) 08 003 Re Pr N u dle (C ) Re dle (C 3). (E 1) Platnost: 3.10 4 < Re < 10 6 07 < Pr < 160 hydraulicky hladké trubky ; L/D > 60. 5

Hodnoty termofyzikálních vlastností se určí při střední teplotě T stř. Whitaker(197) 083 0015 Re Pr N u dle (C ) Re dle (C 3). 04 (E ) Platnost: 3.10 3 < Re < 10 5 048 < Pr < 59 Hodnoty termofyzikálních vlastností se určí při teplotě T stř. F. Aplikace - výměník Změna entalpie tekutiny za jednotku času v důsledku přivedeného nebo odvedeného tepelného toku Q " H Q" m" c p T " (F 1) m" hmotnostní tok tekutiny za jednotku času c p střední měrná tepelná kapacita tekutiny T diference středních kalorimetrických teplot na vstupu a výstupu do kontrolního objemu. Změna entalpie tekutiny za jednotku času v důsledku přivedeného nebo odvedeného tepelného toku Q " při varu resp. kondenzaci " " výp H Q m" h (F ) m" hmotnostní tok zkondenzované resp. odpařené tekutiny za jednotku času h výp výparné teplo na jednotku hmotnosti tekutiny ; kondenzační teplo Přivedený nebo odvedený tepelný tok Q " přes hranici kontrolního objemu " k S T ln (F 3) Q k součinitel prostupu tepla S teplosměnná plocha střední logaritmická teplotní diference. T ln 6

Střední logaritmická teplotní diference T T T ln T T 1 ln 1 (F 4) T 1 rozdíl teplot horké a studené strany výměníku na jedné čelní straně T rozdíl teplot horké a studené strany výměníku na druhé čelní straně. Př. Protiproudý výměník T 1 T HS T CHS1 T T HS1 T CHS T HS1 teplota tekutiny na horké straně výměníku na vstupu do výměníku T HS teplota tekutiny na horké straně výměníku na výstupu z výměníku T CHS1 teplota tekutiny na chladné straně výměníku na vstupu do výměníku T CHS teplota tekutiny na chladné straně výměníku na výstupu z výměníku. 7

VIII. Přirozená konvekce Přirozená konvekce vzniká v poli objemových sil v tekutině s nehomogenním teplotním polem simultánní řešení Navier Stokesovy a Fourier Kirchhoffovy rovnice: Stacionární děj bez vnitřního zdroje se zanedbatelnou viskózní disipací N. S. rovnice F. K. rovnice!! ρ u u p + µ ρ c p u T λ T!! u + ρ g (VIII 1)! (VIII ) 1. Inspekční analýza Bezrozměrná kritéria Grashofovo číslo poměr sil termického vztlaku (vztlaku vyvolaného nehomogenním teplotním polem) a sil setrvačných. 3 g γ L Gr ( T ν S T g gravitační zrychlení T S teplota povrchu stěny T teplota tekutiny mimo teplotní mezní vrstvu L charakteristický rozměr γ součinitel teplotní objemové roztažnosti ν kinematická viskosita ) (VIII 3) Rayleighovo číslo 3 g γ L ( T T ) Ra S Gr Pr ν a (VIII 4) Součinitel teplotní objemové roztažnosti v 1 γ v T p (VIII 5) v měrný objem ( v/ T) p diferenciální kvocient. Ideální plyny: γ 1/T T teplota plynu (K). 8

. Přirozená konvekce f ( Gr Pr) g( Ra) (VIII 6) 3. Vybrané geometrie C Ra m (VIII 6) Kreith Black(1980) Geometrie Ra C m Pozn. < 10 4 viz skripta Vertikální stěny 10 4 10 9 059 1/4 a válce výšky L 10 9 10 13 001 /5 Integr. bilance Horizontální válce vnější průměr D L D 10 9 10 13 01 1/3 Experiment < 10 4 viz skripta 10 4 10 9 053 1/4 10 9 10 13 013 1/3 Hodnoty termofyzikálních vlastností se určí při střední teplotě T stř. 9

IX. Přenos tepla při varu čistých kapalin Var ve velkém objemu Hustota tepelného toku q α var T SAT (IX 1) TSAT TS TSAT (IX ) α var součinitel přestupu tepla na výhřevné ploše T SAT teplotní diference T S teplota stěny teplota varu kapaliny na výhřevné ploše. T SAT Součinitel přenosu tepla při varu α var Bublinkový var 069 07 (IX 3) α var 0495 p kr q F( pr ) F 017 1/ 10 ( pr ) 18 pr + 4 pr + 10 pr (IX 4) p r psat / pkr (IX 5) α var součinitel přestupu tepla [W/m.K] q hustota tepelného toku [W/m ] p kr kritický tlak [MPa] p SAT tlak sytých par při teplotě T SAT (tlak kapaliny na výhřevné ploše) [MPa] p r redukovaný tlak [-]. Kritická hustota tepelného toku q kr Návrhové podmínky: q < q kr ; T SAT < ( T SAT ) kr Kapalina ( T SAT ) kr [K] q kr [kw/m] Benzen 45 55 140 50 Etanol 35 50 170 400 Metanol 50 65 50 400 Butanol 40 45 50 350 Voda 5 40 300 100 10

X. Přenos tepla zářením 1. Sdílení tepla zářením v uzavřené soustavě Přenos tepla zářením mezi dvěma šedými tělesy z nichž jedno je zcela obklopeno druhým. Předpoklady: Uzavřená soustava je tvořena dvěma nestejně velkými plochami z nichž větší plocha S o teplotě T zcela obklopuje menší plochu S 1 o teplotě T 1. Průteplivé prostředí mezi povrchy. Neprůteplivá tělesa. Tepelný tok zářením mezi oběma plochami 4 4 ( T T ) 1 " ( s) 1 ε1 σ 1 S Q ε 1 1 S + ε S 1 1 1 1 ε 1 ε 1 součinitel vzájemné poměrné zářivosti obou ploch ε 1 poměrná zářivost (emisivita) povrchu tělesa 1 ε poměrná zářivost (emisivita) povrchu tělesa σ (s) Stefan Boltzmannova konstanta σ (s) 567.10-8 W/m.K 4. (X 1) (X ) Hustota tepelného toku na povrchu tělesa tělesa 1 : q 1 Q" 1 tělesa : S1 q Q" S 1 (X 3) Limitní případ rovnoběžné neomezené desky ε S 1 S 1 1 1 + 1 ε1 ε 1 (X 4) 11

. Poměrná zářivost (emisivita) vybraných materiálů Materiál povrchu tělesa T ( C) ε Ocel leštěná 450 1000 014 038 Ocel oxidovaná 100 600 073 08 Ocel silně zrezivělá 40 400 094 097 Leštěný hliník 5 004 Leštěný chrom 40 500 008 036 Leštěná měď 10 003 Měď oxidovaná 130 076 Lakovaný povrch (bílý i černý) 40-100 08 095 Sklo 90 088 Dřevo 70 091 Cihly červené 40 093 Radek Šulc 00 1