635-0401/02 – Sdílení tepla a proudění (STP)
Garantující katedra | Katedra tepelné techniky | Kredity | 6 |
Garant předmětu | prof. Ing. Miroslav Příhoda, CSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Miroslav Příhoda, CSc. |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2008/2009 | Rok zrušení | 2011/2012 |
Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
- ukázat charakteristické vlastnosti kritérií podobnosti
- řešit tlakové ztráty při proudění tekutin
- charakterizovat základní zákony v mechanice tekutin
- řešit jednoduché příklady z oblasti transportu tepla kondukcí, konvekcí a radiací
Vyučovací metody
Přednášky
Semináře
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Anotace
Teorie podobnosti, kriteriální rovnice. Statika a
dynamika tekutin, základní rovnice. Proudění skutečné tekutiny, hydraulické
ztráty. Výtok plynu otvory, Lavalova dýza. Přirozený a nucený odvod spalin.
Sdílení tepla vedením: analytické a numerické řešení stacionárních a
nestacionárních úloh. Sdílení tepla konvekcí: přirozená a nucená konvekce,
sdílení tepla mezi tekutinou a tuhým tělesem. Sdílení tepla zářením: základní
zákony, radiační vlastnosti těles, výměna zářivé energie mezi tuhými tělesy,
záření plynů a jejich směsí.
Povinná literatura:
PŘÍHODA, M., RÉDR, M. Sdílení tepla a proudění. Ostrava : VŠB TU, 2008. 180 s.
Doporučená literatura:
RÉDR, M., PŘÍHODA, M. Základy tepelné techniky. 1. vyd. Vysokoškolská
učebnice. Praha : SNTL, 1991. 680 s.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Dvě bodově hodnocené písemné práce.
E-learning
www.person.vsb.cz;
Průběžně dochází k rozšiřování e-learning prvků do výuky.
Další požadavky na studenta
nejsou
Prerekvizity
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednáška
Teorie podobnosti. Podobnost. Konstanta podobnosti, indikátor podobnosti, kritérium podobnosti. Kriteriální rovnice. Analýza základních rovnic.
Proudění. Základní pojmy. Fyzikální vlastnosti tekutin. Základní druhy tlaku – geometrický, statický, dynamický, ztrátový. Statika tekutin. Statika jednoho plynu. Výpočet atmosférického tlaku. Statika dvou plynů rozdílných vlastností. Eulerova rovnice statiky tekutin. Diferenciální rovnice pro tlakovou funkci.
Dynamika tekutin. Proudění tekutin – rozdělení. Rovnice kontinuity obecná, rovnice kontinuity pro jednosměrné proudění. Pohybová rovnice Eulerova, substanční derivace. Rovnice Navierova – Stokesova.
Rovnice Bernoulliho. Druhy proudění skutečné tekutiny. Reynoldsovo kritérium. Laminární proudění v potrubí. Rychlostní profil, Hagenův–Poiseulleův zákon.
Turbulentní proudění. Mezní vrstva. Hydraulické ztráty – tlaková ztráta, ztrátová výška. Ztráty třením – Darcyho–Weisbachův vztah. Typy drsnosti. Vliv drsnosti na hydraulické odpory.
Součinitel tření u kruhového potrubí – 5 oblastí. Součinitel tření u nekruhového potrubí. Místní ztráty. Výtok plynu otvory. Výtok plynu nízkými rychlostmi. Výtok plynu vysokými rychlostmi.
Kritický tlak, hustota, teplota, rychlost. Kritický hmotnostní průtok. Proudění v oblasti vysokých rychlostí. Jednoduchá tryska, Lavalova tryska. Odvod spalin – výška komína.
Sdílení tepla – základní způsoby. Vedení tepla. Základní pojmy. První Fourierův zákon. Součinitel tepelné vodivosti pro plyny, kapaliny, tuhé látky. Fourierova rovnice vedení tepla. Podmínky jednoznačnosti.
Stacionární vedení tepla rovinnou stěnou – povrchová podmínka I. druhu, II. druhu, III. druhu. Složená rovinná stěna.
Stacionární vedení tepla válcovou stěnou – povrchová podmínka I. druhu, II. druhu, III. druhu. Složená válcová stěna.
Vícesměrné stacionární úlohy: analytické řešení – metoda separace proměnných, numerické řešení. Nestacionární vedení tepla – numerické řešení.
Konvekce tepla. Fourierova – Kirchhoffova rovnice. Přestup tepla mezi tekutinou a povrchem tuhého tělesa. Konkrétní hodnoty součinitele přestupu tepla konvekcí. Střední součinitel přestupu tepla konvekcí. Využití teorie podobnosti pro řešení konvekčního sdílení tepla. Volná a nucená konvekce tepla. Vliv změny teploty tekutiny na konvekci tepla.
Sdílení tepla zářením. Fyzikální základy záření. Planckův zákon. Wienův posunovací zákon. Stefanův–Boltzmannův zákon. Lambertův zákon. Radiační vlastnosti. Kirchhoffův zákon.
Spektrální radiační vlastnosti. Šedé těleso. Záření mezi tělesy v propustném prostředí. Index směrovosti. Záření mezi dvěma rovnoběžnými plochými povrchy, vliv stínění. Záření mezi dvěma zakřivenými povrchy. Záření plynů, záření směsi plynů.
Cvičení
Základní termodynamické parametry, fyzikální vlastnosti tekutin.
Základní zákony ideálních plynů, statika a dynamika tekutin.
Výpočet tlakových ztrát, ztráty třením, místními odpory a vztlakem.
Výtoky plynů otvory při nízkých a vysokých rychlostech pomocí jednoduché a Lavalovy trysky.
Přirozený odvod spalin, výpočet základních parametrů komína.
Kontrolní písemka.
Sdílení tepla vedením, I. Fourierův zákon vedení tepla, rovinná a válcová stěna.
Sdílení tepla konvekcí, základní kritéria podobnosti, přirozená a nucená konvekce.
Sdílení tepla zářením, výměna tepla mezi dvěma tělesy, vliv stínící plochy, záření plynů.
Kombinovaný přestup tepla.
Kontrolní písemka. Zápočet.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky