Prijenos topline i mase

Opis predmeta

Izvori topline. Vođenje topline u krutim tvarima s i bez unutarnjeg izvora topline. Osnovi hidrodinamike. Zakoni očuvanja mase i količine gibanja fluida. Prijenos mase. Prijelaz topline (konvekcija). Koeficijenti prijelaza topline pri prirodnoj i forsiranoj cirkulaciji. Prijenos topline s promjenom faze (isparivanje i kondenzacija). Prijenos topline zračenjem. Izmjenjivači topline i rashladni tornjevi. Numerički postupci u prijenosu topline i mase (metoda konačnih razlika, metoda konačnih elemenata, metoda konačnih volumena). Hlađenje električkih i elektroničkih uređaja. Procesi s vlažnim zrakom i klimatizacija.

Opće kompetencije

Razumijevanje osnovnih mehanizama prijenosa topline (vođenje, prijelaz topline, zračenje) i mase. Usvajanje elemenata inženjerskih proračuna i složenijih numeričkih postupaka. Primjena stečenih znanja na probleme prijenosa topline u energetskim postrojenjima, hlađenja električkih i elektroničkih uređaja i energetske učinkovitosti.

Ishodi učenja

  1. definirati načine prijenosa topline
  2. objasniti zakone očuvanja mase, energije i količine gibanja
  3. analizirati vođenje topline unutar krute stijenke, prijelaz topline s krute stijenke na fluid i prijenos topline zračenjem između dvaju tijela
  4. analizirati utjecaj promjene fizikalnih parametara fluida na uvjete prijenosa topline
  5. analizirati utjecaj geometrijskog oblike stijenke na uvjete prijenosa topline
  6. razviti višedimenzionalne matematičke modele prijenosa topline i strujanja fluida
  7. povezati procese prijenosa topline i mase u rashladnim krugovima elektrana
  8. usporediti učinkovitost projektnih rješenja komponenti energetskog postrojenja

Oblici nastave

Predavanja

Nastava na predmetu organizirana je kroz dva nastavna ciklusa. Prvi ciklus sadržava 7 tjedana i međuispit, a drugi 6 tjedana nastave i završni ispit. Nastava se provodi kroz ukupno 15 tjedana s tjednim opterećenjem od 2 sata. Predavanja su popraćena slajdovima.

Auditorne vježbe

Rješavanje zadataka kao ilustracija predavanog gradiva i priprema za pismene ispite. 1 sat tjedno. Riješeni zadaci na slajdovima i diskusija sličnih zadataka na ploči.

Seminari

Korištenje računalnih programa za izračune raspodjela temperatura u krutim materijalima, te brzina i tlakova unutar fluida koji struje.

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Napomena / komentar Udio u ocjeni
Domaće zadaće 0 % 15 % 0 % 15 %
Međuispit: Pismeni 0 % 30 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 45 %
Završni ispit: Usmeni 10 %
Ispit: Pismeni 0 % 75 %
Ispit: Usmeni 10 %

Tjedni plan nastave

  1. Uvodna razmatranja. Načini prijenosa topline (vođenje topline, prijelaz topline, zračenje). Osnovni pojmovi i definicije. Tehničke primjene.
  2. Bilanca topline. Fourierov zakon vođenja topline. Koeficijent toplinske vodljivosti. Stacionarno vođenje topline u krutim tvarima bez unutarnjeg izvora topline.
  3. Kruti materijali s unutarnjim izvorima topline. Analiza vođenja topline u gorivnoj šipki nuklearnog reaktora.
  4. Jednofazni protok fluida. Zakoni očuvanja mase i količine gibanja fluida. Prijenos mase. Navier-Stokesova jednadžba. Bernoullijeva jednadžba.
  5. Strujanje tekućina u cijevima i kanalima. Laminarno i turbulentno strujanje. Teorija sličnosti strujanja. Dimenzijska analiza. Pad tlaka kod jednofaznog i dvofaznog protoka.
  6. Prijelaz topline. Eksperimentalne korelacije za određivanje koeficijenta prijelaza topline. Prijenos topline tijekom prisilne i prirodne cirkulacije.
  7. Prijelaz topline pri kondenzaciji i ključanju. Lokalno i integralno mjehuričasto ključanje. Filmsko ključanje. Kritični toplinski tok. Nukiyamin dijagram.
  8. Provjera znanja.
  9. Provjera znanja.
  10. Prijenos topline zračenjem. Zračenje crnog tijela – Stefan–Boltzmannov zakon. Zračenje u zatvorenoj geometriji. Emisijski i vidni faktor.
  11. Izmjenjivači topline. Vrste izmjenjivača topline – istosmjerni i protusmjerni izmjenjivači topline. Rezultantni koeficijent prijenosa topline između fluida.
  12. Matematička analiza izmjenjivača topline. Srednja logaritamska temperaturna razlika. Efikasnost izmjenjivača topline.
  13. Procesi s vlažnim zrakom. Karakteristične veličine stanja. Psihrometrijski dijagram. Klimatizacija prostora. Rashladni tornjevi.
  14. Numeričke metode (metoda konačnih razlika, metoda konačnih elemenata, metoda konačnih volumena).
  15. Primjena numeričkih metoda prilikom izračuna toplinskih opterećenja, prijenosa mase i strujanja fluida.

Studijski programi

Sveučilišni diplomski
Elektroenergetika (profil)
Predmeti specijalizacije profila (2. semestar)

Literatura

Feretić, D. (2010.), Uvod u nuklearnu energetiku, 2. dopunjeno izdanje, Školska knjiga, Zagreb
Mills, A.F. (1999.), Basic Heat and Mass Transfer (2nd Edition), Prentice Hall
Lienhard, J.H. IV, Lienhard, J.H. V (2003.), A Heat Transfer Textbook (3rd Edition), Phlogiston Press
Baehr, H.D., Stephan, K. (2006.), Heat and Mass Transfer (2nd Edition), Springer
(.), A Heat Transfer Textbook J. H. Lienhard, J.H. Lienhard Phlogiston Press 2002,

Izvedba

ID 86506
  Ljetni semestar
4 ECTS
R1 Engleski jezik
R1 E-učenje
30 Predavanja
15 Auditorne vježbe
0 Laboratorijske vježbe

Ocjenjivanje

90 izvrstan
75 vrlo dobar
60 dobar
50 dovoljan