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

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

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

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

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

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

Termomechanika 8. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

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

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

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 9

VI. Nestacionární vedení tepla

Výpočtové nadstavby pro CAD

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

SDÍLENÍ TEPLA A ÚSPORY ZATEPLENÍM I.

1 Zatížení konstrukcí teplotou

Šíření tepla. Obecnéprincipy

102FYZB-Termomechanika

Termomechanika 6. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 8

Technologie a procesy sušení dřeva

Měření prostupu tepla

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

Stabilizace Galerkin Least Squares pro

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

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

Ročník: 1. Mgr. Jan Zmátlík Zpracováno dne:

ZKUŠEBNÍ ZAŘÍZENÍ PRO HODNOCENÍ SKRÁPĚNÝCH TRUBKOVÝCH SVAZKŮ

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

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

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

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 2

TERMOMECHANIKA 17. Přenos tepla konvekcí

Vzpěr jednoduchého rámu, diferenciální operátory. Lenka Dohnalová

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

Přednáška č. 5: Jednorozměrné ustálené vedení tepla

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

Tepelná vodivost pevných látek

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

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

Modelování vázaného šíření teplotněvlhkostního

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

CVIČENÍ č. 10 VĚTA O ZMĚNĚ TOKU HYBNOSTI

Úloha č. 1 pomůcky Šíření tepla v ustáleném stavu základní vztahy

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

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I. 2. Zpracování měření

ODĚVNÍ KOMFORT TERMOFYZIOLOGICKÝ KOMFORT

Hydromechanické procesy Obtékání těles

Základy fyziky + opakovaná výuka Fyziky I

þÿ PY e s t u p t e p l a

Studentská tvůrčí činnost 2009

Termomechanika 4. přednáška

Termomechanika 5. přednáška

1. FYZIKÁLNÍ ZÁKLADY ŠÍŘENÍ TEPLA

Výpočet stlačitelného proudění metodou konečných objemů

Miloslav Dohnal 1 PROCESNÍ VÝPOČTY TECHNOLOGIÍ

Otázky pro Státní závěrečné zkoušky

NUMERICKÝ MODEL NESTACIONÁRNÍHO PŘENOSU TEPLA V PALIVOVÉ TYČI JADERNÉHO REAKTORU VVER 1000 SVOČ FST 2014

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


1 Vedení tepla stacionární úloha

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

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

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

FLUENT přednášky. Turbulentní proudění

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

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

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

Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost. rovinná deformace

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

Mechanika tekutin. Hydrostatika Hydrodynamika

2 Odvození pomocí rovnováhy sil

Cvičení Na těleso působí napětí v rovině xy a jeho napěťový stav je popsán tenzorem napětí (

BH059 Tepelná technika budov přednáška č.1 Ing. Danuše Čuprová, CSc., Ing. Sylva Bantová, Ph.D.

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

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

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

Příspěvek do konference STČ 2008: Numerické modelování obtékání profilu NACA 0012 dvěma nemísitelnými tekutinami

CFD. Společnost pro techniku prostředí ve spolupráci s ČVUT v Praze, Fakultou strojní, Ústavem techniky prostředí

Teplotní roztažnost Přenos tepla Kinetická teorie plynů

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Matematika 4 FSV UK, LS Miroslav Zelený

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Michael Valášek Vedoucí práce: doc. Ing. Václav Bauma, CSc.

VNITŘNÍ ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 2. ročník - Termika

IX. Metody fyzikálního modelování

Diferenˇcní rovnice Diferenciální rovnice Matematika IV Matematika IV Program

MODELOVÁNÍ OBTÉKÁNÍ DVOU PRAHŮ V KANÁLU S VOLNOU HLADINOU Modelling of flow over two transversal ribs in a channel with free surface

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

MĚŘENÍ EMISÍ A VÝPOČET TEPELNÉHO VÝMĚNÍKU

Identifikátor materiálu: ICT 2 54

POZNÁMKA: V USA se používá ještě Fahrenheitova teplotní stupnice. Převodní vztahy jsou vzhledem k volbě základních bodů složitější: 9 5

Proudění s volnou hladinou (tj. v otevřených korytech)

Tepelně vlhkostní bilance budov

Řešení úloh celostátního kola 59. ročníku fyzikální olympiády. Úlohy navrhl J. Thomas


Aplikace metody teplotních oscilací pro měření součinitele přestupu tepla

Vodohospodářské stavby BS001 Hydraulika 1/3

ŘEŠENÍ TURBULENTNÍHO VAZKÉHO PROUDĚNÍ S ČÁSTICEMI METODOU LARGE EDDY SIMULATION

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Transkript:

Termomechanika 10. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček Upozornění: Tato prezentace slouží výhradně pro výukové účely Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni. Byla sestavena autorem s využitím citovaných zdrojů a veřejně dostupných internetových zdrojů. Využití této prezentace nebo jejich částí pro jiné účely, stejně jako její veřejné šíření je nepřípustné. 1

Sdílení tepla: vedením (kondukce) prouděním (konvekce) sálání (radiace) (Zdroj: ms.gsospg.cz) 2

Rovnice vedení tepla: T τ = a 2 T + q v ρc 2 T = 2 T + 2 T + 2 T 2 x 2 y 2 z T(x, y, z) q v (x, y, z) zdroj tepla v místě (x, y, z) Počáteční podmínky (např. v čase τ = 0) Okrajové podmínky (zdroj: http://tor.cz) 3

Stacionární vedení tepla v rovinné stěně s vnitřním zdrojem (1D úloha!) 0 = a 2 T + q v ρ c p 0 = λ 2 T ρ c p x 2 + q v ρ c p konstantní zdroj T = f x d 2 T dx 2 = q v λ dt dx = q v λ x + C 1 T = q v 2λ x2 + C 1 x + C 2 4

Porovnání s předchozím výsledkem (bez tepelného zdroje, jen využitím Fourierova zákona) q = λ grad T /. S Q = λ S dt dx dt = Q λ S dx T = Q x + C λ S x = 0; T = T 1 ; T 1 = 0 + C x = δ; T = T 2 ; T 2 = Q λ S δ + T 1 Q = S λ δ T 1 T 2 5

Jaký má být vnitřní ohřev desky, aby byl nulový tok tepla do desky zleva? Pak pro x = 0 je ( dt = q v dx λ x + C 1) dt dx = 0 c 1 = 0 Pro teploty T 1 a T 2 : x = 0; x = δ; T 1 = q v 2λ 0 + C 2 T 2 = q v 2λ δ2 + C 2 q v = 2λ δ 2 T 1 T 2 6

Fourierova metoda řešení nestacionárního vedení tepla Pro q v = 0 T τ = a 2 T Řešení hledáme ve tvaru: Dosazení: C ε x γ τ T(x, τ) = C γ τ ε x = a C γ τ ε (x) γ τ γ τ ε x = a ε x = konst K ε x = a 1 K ε x Víme, že. cos kx = k 2 cos kx sin kx = k 2 sin(kx) K = a k 2 7

γ τ γ τ = K = a k2 γ τ = γ τ ak 2 γ τ = e ak2 τ a ε x ε x = a k2 T(x, τ) = C e ak2 τ cos kx + D e ak2 τ sin kx Pozor, počáteční podmínka je ovšem: T(x, 0) = C cos kx + D sin kx 8

Numerické řešení 1 dim. nestacionární vedení tepla, λ = konst T T d T a τ τ T b = T a + T x x + 1 2 2 T x 2 x2 + T c = T a + T x x + 1 2 2 T x 2 x 2 + 9

Dosazení do rovnice vedení tepla: T b + T c 2 T a + 2 T x2 x2 2 T x 2 1 x 2 T b + T c 2 T a T d T a τ = a 1 x 2 T b + T c 2 T a T d T a = a τ x 2 T b + T c 2 T a T d (T a, T b, T c ) 10

Sdílení tepla prouděním (konvekcí) Přenos tepla v tekutině je často spojen se současným prouděním tekutiny. Rozlišujeme: PŘIROZENOU KONVEKCI: proudění je vyvoláno změnou hustoty vlivem ohřevu tekutiny a gravitací NUCENOU KONVEKCI: pohyb tekutiny vyvolán vnějším účinkem (čerpadlo, ventilátor, apod.) Řešeno složitým systémem rovnic Podmínky jednoznačnosti: 1. geometrické (tvar a velikost tělesa) 2. fyzikální (hodnota fyzikálních veličin) 3. časové (časový průběh teploty na stěně) 4. okrajové: 1. druhu: teplota stěny 2. druhu: tepelný tok na stěně 3. druhu: teplota tekutiny a součinitel přestupu tepla α 11

Jak vzniká přirozená konvekce? Příklad odspoda zahřívaného systému Vrstvy kapaliny v horní části systému jsou hustší než ve spodní části. Dosáhne-li rozdíl teplot určité hodnoty, tíha horní vrstvy kapaliny převládne nad dosud stabilizujícími viskózními silami. V systému nastává konvekční proudění. T c Ohřev spodních vrstev kapaliny vede k jejich expanzi, snížení hustoty a jejich stoupání působením vztlaku směrem vzhůru. Chladnější vrstvy v horních částech kapaliny klesají směrem ke dnu. T h (> T c ) 12

Rayleighova Bénardova nestabilita 13

Teorie podobnosti? 14

Teorie podobnosti Nutno zvýšit svalový průřez 15

Teorie podobnosti 16

Teorie podobnosti 1. Experimentátor provádí měření na modelu. 2. Jak přenést výsledky z modelu na reálné dílo? 3. Základní předpoklad: jevy na modelu i na díle jsou popsány stejnými rovnicemi. Zavedeme měřítka Měřítko geometrické: Měřítko času: A podobně dále c l = l M l D c τ = τ M τ D c T = T M T D c w = w M w D 17

Rovnice vedení tepla pro model: T M + T M w τ M x xm + T M w M y ym + T M 2 T M w M z zm = a M 2 M x + M Substituce: T M = c T T D τ M = c τ τ D w M = c w w D a M = c a a D x M = c l x D y M = c l y D z M = c l z D Změna měřítka T D c T τ D c τ + T D c T x D c l w xd c w + T D c T y D c l w yd c w + = a D c a 2 T D c T x D 2 c l 2 + Rovnice vedení tepla pro dílo: T D τ D + T D x D w xd + T D y D w yd + = a D 2 T D x D 2 + 18

Má-li rovnice pro model být identická s rovnicí pro dílo, pak: Porovnáním: Dosazením: Odtud: Podobnostní číslo: c T c τ = c T c w c l c T = c a c T c τ c 2 l a M τ M l D 2 = c a c T c l 2 c a c τ c l 2 a D τ D l M 2 = 1 a M τ M l M 2 = a D τ D l D 2 = 1 a τ = Fo (Fourierovo) l2 19

Podobně: c T c w c l = c a c T c l 2 c T c τ = c T c w c l = c a c T c l 2 c w c l c a = 1 w l a = Pe (Pecletovo) 20

Okrajová podmínka 3. druhu: λ s grad T s = α T s T t λ s dt dx = α T s T t c λs c T c l = c α c T c α c l c λs = 1 α l λ s = Bi (Biotovo) 21

Rovnice přecházení tepla: λ t grad T t = α T s T t c λt c T c l = c α c T α l λ t = Nu (Nusseltovo) 22

Navier-Stokesovy rovnice: w x τ + w x x + 1 3 ν x w x + w x y w x x + w x y + w x z w y + w x z + ν w z = g z 1 ρ 2 w x x 2 + 2 w y y 2 p x + + 2 w z z 2 c w 2 = c w = c c τ c g = c p = c c w l c ρ c ν l c l 2 23

Porovnáním: 1.-2.: c w = c 2 w c τ c l c w c τ c l = 1 2.-3.: 2.-4.: 2.-5.: c w 2 c l c w 2 c w 2 c l c l = c p c ρ c l w τ l = c g = Sh (Strouhal) g l w2 = Fr (Froude) = c c w ν c 2 w l l ν p ρ w2 = Eu (Euler) = Re (Reynolds) 24

Podobnostní čísla bezrozměrné veličiny! Každá bezrozměrná kombinace veličin podobnostní číslo Příklad: 1 V V t p β T podobnostní číslo gl 3 ν2 = Ga Galileo β T gl3 ν2 = Ga Grasshoff Pr = Pe Re = wl a ν wl = ν a Prandtl 25

Kriteriální rovnice Výsledky experimentu na modelu α = f β, T, w, ν, λ t, τ, se zpracují ve formě podob. čísel (kritérií podobnosti): Pro stacionární (ustálený stav): Nu = f Gr, Pr, Re, Fo POZOR! charakteristický rozměr Nu = f Gr, Pr, Re Pro přirozenou konvekci: Nu = f Gr, Pr Pro nucenou konvekci: Nu = f Pr, Re w l ν = Re charakteristická rychlost 26

zahřívaná deska Sdílení tepla Přirozená konvekce v neomezeném prostoru zahřívaná deska 27

Přirozená konvekce v neomezeném prostoru Kolem vodorovného potrubí: Pro 10 3 < Gr t,d Pr t < 10 8 Nu t,d = 0, 50 Gr t,d Pr t 0,25 Pr t Pr s 0,25 Kolem svislé plochy: a) 10 3 < Gr t,h Pr t < 10 9 (lamin. ) 0,25 Pr t Nu t,h = 0, 76 Gr t,h Pr t Pr s b) Gr t,x Pr t > 10 9 (turbul. ) 0,25 Nu t,x = Nu t,h = 0, 15 Gr t,x Pr t 0,33 Pr t Pr s 0,25 28

Konec Děkuji za pozornost 29