This course is focused on description and analysis of heat transfer phenomena in different types of chemical-engineering systems. Theories of heat conduction, heat convection transport and radiation heat transport are presented. Various practical problems related to chemical-engineering applications are solved, e.g., heat conduction in planar or cylindrical walls, conduction in ribs, unsteady and multiple-dimension conduction, convection heat transfer connected with forced convection in confined and unconfined systems, heat transfer in buoyancy-driven flow and in turbulent flow, heat transport in boiling and condensation processes, radiation heat transport among black bodies.
Last update: Kubová Petra (12.04.2018)
Předmět je zaměřen na popis a analýzu mechanizmů sdílení tepla v různých typech chemicko-inženýrských systémů. V první části předmětu je probírána teorie sdílení tepla vedením a jsou řešeny praktické úlohy spojené se sdílením tepla v rovinných, válcových nebo žebrovaných tělesech. Dále je předmět zaměřen na popis mechanizmu sdílení tepla prouděním a na praktické úlohy ze sdílení tepla při proudění v potrubích, při obtékání těles a při volné konvekci. Probírán je též úvod do sdílení tepla sáláním.
Last update: Kubová Petra (12.04.2018)
Aim of the course -
The students will able to:
develop mathematical description of heat transfer in systems with heat conduction, convection and radiation.
solve engineering problems related to heat transfer by means of analytical and numerical tools.
analyze reaction-transport phenomena in chemical=engineering systems.
qualitatively design typical heat transfer systems: heat exchangers, heat insulations, dryers, boilers and other systems.
Last update: Kubová Petra (12.04.2018)
Studenti budou umět:
Vytvořit matematický popis sdílení tepla vedením, prouděním a sáláním v různých typech systémů.
Vyřešit základní problémy ze sdílení tepla pomocí analytických a numerických nástrojů.
Analyzovat tepelně-transportní děje v chemicko-inženýrských systémech.
Kvalitativně posuzovat vhodnost navrhovaných tepelně-transportních řešení u tepelných výměníků, tepelných izolací, proudových sušáren a mnoha dalších zařízení.
Last update: Kubová Petra (12.04.2018)
Course completion requirements -
To obtain an assessment, a project has to be submitted and the examination test must be completed at a minimum of 50% of the score. To complete the oral exam, the student must successfully answer two questions from the list of questions. The resulting mark is calculated as an arithmetic mean of the results of the examination test and the oral part of the exam.
Last update: Kubová Petra (12.04.2018)
K udělení zápočtu je nutné předložit vyřešený projekt a splnit jeden kontrolní test minimálně na 50 % bodového hodnocení. Pro splnění ústní zkoušky musí student úspěšně zodpovědět dvě otázky ze seznamu otázek. Výsledná známka je vypočítána z úspěšnosti kontrolního testu a ústní části zkoušky.
Last update: Kubová Petra (12.04.2018)
Literature -
R Deen M., Analysis of transport phenomena, Oxford UP, New York, 2nd edition 2011, 978-0199740284
A Nellis G., Klein S., Heat transfer, Cambridge UP, Cambridge, 2009, 978-0-521-88107
A Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.N., Transport phenomena, Wiley, New York, 2007, 978-0-470-11539-8
Last update: Přibyl Michal (03.10.2019)
Z Elektronické přednáškové a cvičební materiály k předmětu - autor M. Přibyl
D Deen M., Analysis of transport phenomena, Oxford UP, New York, 2nd edition 2011, 978-0199740284
D Nellis G., Klein S., Heat transfer, Cambridge UP, Cambridge, 2009, 978-0-521-88107
D Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.N., Transport phenomena, Wiley, New York, 2007, 978-0-470-11539-8
Last update: Přibyl Michal (18.06.2019)
Syllabus -
1. Introduction to heat transfer. Vectors, tensors, differential operators.
1. Skalární, vektorové a tenzorové veličiny. Skalární součin, vektorové diferenciální operátory, materiálová derivace, objemové a plošné integrály, bilance hmoty v obecném objemu. Transformace rovnic do bezrozměrného tvaru, škálování veličin.
2. Vedení tepla, Fourierův zákon. Fourierova rovnice, odvození pro obecný kontrolní objem, okrajové podmínky. Charakteristický čas vedení tepla. Biotovo číslo.
3. Ustálené vedení tepla v desce proměnné tloušťky. Ustálené vedení v tyči kruhového průřezu.
4. Transport tepla žebrovaným povrchem, tenkovrstvá aproximace, účinnost výměny tepla přes žebrovaný povrch.
5. Ustálené vedení tepla ve více dimenzích (těleso obdélníkového průřezu) a neustálené vedení tepla (transport tepla membránou).
6. Kombinovaný transport tepla vedením a konvekcí. Odvození Fourier-Kirchhoffovy rovnice pro obecný kontrolní objem. Pécletovo číslo.
7. Transport tepla při pístovém toku (deska pohybující se teplotními zónami). Spojitost teploty a intenzity toku tepla v rozhraní teplotních zón.
8. Nusseltovo číslo, kvalitativní popis vstupní a vyvinuté oblasti při laminárním proudění v trubce. Vstupní oblast při laminárním toku s parabolickým profilem trubkou, vyjádření Nusseltova kritéria ve vstupní oblasti, asymptotické řešení. Nusseltovo číslo ve vyvinuté oblasti.
9. Transport tepla při obtékání koule, Nusseltovo kritérium pro obtékanou kouli. Teplotní a rychlostní podvrstva, Prandtlovo číslo.
10. Volná konvekce, dynamický tlak, objemová teplotní roztažnost, Boussinesquova aproximace. Bilance hmoty, hybnosti a tepelné energie v systémech s volnou konvekcí založené na Boussinesquově aproximaci. Grashofovo číslo. Volná konvekce mezi dvěma vertikálními deskami.
11. Transport tepla při proudění v turbulentní oblasti, fluktuace teploty, zprůměrněná Fourierova-Kirchhoffova rovnice, konstitutivní rovnice pro tok tepla turbulencí, odhad difuzivity teplotních vírů, koeficient přestupu tepla při turbulenci.
12. Transport tepla při varu, fáze varu, var v systému s netekoucí tekutinou.
13. Transport tepla při kondenzaci, filmová kondenzace na vertikální stěně.
14. Sálání, zářivé vlastnosti povrchů, Stefanův-Boltzmannův zákon, absolutně černé těleso, šedé těleso, sdílení tepla při sálání mezi absolutně černými povrchy, view faktor, radiační clony.
