|
Vyučující
|
-
Kopecký Aleš, doc. RNDr. Ph.D.
-
Ožana Stanislav, prof. Ing. CSc.
-
Bouda Adam, Doc. doktor technických věd
|
|
Obsah předmětu
|
Témata přednášek podle týdnů: 1. týden: Tepelná energie, teplo, teplota. Základní vztahy a rovnice pro laminární proudění a konvekci: napěťový tenzor, rovnice stavu, Navier-Stokesova rovnice, rovnice spojitosti a odvození energetické rovnice. Zjednodušení energetické rovnice na rovnici Fourier-Kirchhofovu, teplotní pole, Biot-Fourierův zákon a tepelná vodivost. 2. týden: Newtonův zákon pro konvektivní přestup tepla. Rovnice popisující turbulentní proudění a přenos tepla, vytvořené na základě fluktuací rychlosti, teploty, tlaku a hustoty (Van Driestova a Reynoldsova úprava). Prandtlův model pro turbulentní smykové napětí a tepelný tok. 3. týden: Podmínky jednoznačnosti: geometrické, fyzikální, časové a okrajové. Teorie podobnosti ve sdílení tepla. Odvození kriterií podobnosti. Proces přípravy kriteriální rovnice. 4. týden: Vedení tepla v tělese jednoduché geometrie při prostých podmínkách - ustálený proces. Tepelná izolace. Metoda tepelných bilancí elementárních objemů: ustálené vedení tepla v tenké prizmatické tyči a v kruhovém příčném žebru. 5. týden: Neustálené vedení tepla řešené analytickými metodami: aperiodický a periodický případ. Nestacionární teplotní pole řešené numericky a graficky. 6. týden: Konvekce. Rychlostní a teplotní mezní vrstva. Definice náhradních tlouštěk. Průběh rychlosti a teploty v mezní vrstvě (Pohlhausenova metoda). Integrální rovnice teplotní mezní vrstvy. 7. týden: Výpočet součinitele přestupu tepla na desce použitím integrálních rovnic pro rychlostní a teplotní mezní vrstvu. Výpočet sdílení tepla při vysokém teplotním gradientu. Přirozená konvekce: odvození příslušných kriterií podobnosti a zavedení platné kriteriální rovnice pro některé geometrie: svislá stěna, vodorovný válec, štěrbiny. 8. týden: Nucená konvekce v trubkách a kanálech. Odvození kriterií podobnosti a představení platných kriteriálních rovnic pro kanály a příčně obtékané trubky a svazky trub. Problematika vstupních úseků kanálů. Přestup tepla ve vařící kapalině a v kondenzující páře. 9. týden: Výměníky tepla včetně speciálních (tepelná trubice, vírová trubice,...). Výpočet výhřevné plochy. Přenos hmotnosti, Fickův zákon, podobnost rovnic přenosu hmotnosti a přestupu tepla. 10. týden: Sálání. Základní 4 zákony: Planckův, Steffan-Boltzmanův, Kirchhofův a Lambertův. Sálání mezi paralelními stěnami a mezi stěnami, z nichž jedna obklopuje druhou. Sálání mezi zcela obecně položenými povrchy. Sálavost plynů. Obsah cvičení podle týdnů: 1. týden: Ustálené rozložení teploty v rovinné stěně a ve válcové trubici s vnitřním zdrojem tepla a tepelnou vodivostí závislou na teplotě při různých okrajových podmínkách. 2. týden: 1. test (10 min.). Neustálené teplotní pole v tělese řešené analytickou Fourierovou metodou. 3. týden: Numerické řešení 2D teplotního pole síťovou metodou a metodou tepelných bilancí. 4. týden: 2. test (10 min.). 2-rozměrné ustálené úlohy řešené přibližnou metodou využívající tvarový faktor. Zadání 1. semestrální práce. Řešení laminární mezní vrstvy. 5. týden: 3. test. Řešení turbulentní mezní vrstvy. 6. týden: 4. test. Přirozená konvekce na vodorovném a svislém válci. 7. týden: Přestup tepla v příčně obtékaném trubkovém svazku. Návrh horizontálního kondenzátoru páry. 8. týden: 5. test. Zadání 2. semestrální práce. Stékání blány kondenzátu na svislé stěně. Var kapaliny. 9. týden: Přenos hmotnosti v klidném a v proudícím dvoufázovém prostředí. 10. týden: 6. test. Výměna tepla sáláním mezi tělesy.
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
Přednáška s praktickými aplikacemi, Seminární výuka
- Vypracování seminární práce v magisterském studijním programu [5-100]
- 40 hodin za semestr
- Příprava na zkoušku [10-60]
- 40 hodin za semestr
- Kontaktní výuka
- 65 hodin za semestr
- Příprava na dílčí test [2-10]
- 12 hodin za semestr
|
| Předpoklady |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| rozumět matematickým úkonům a řešením úloh na úrovni vysokoškolské matematiky pro strojní inženýry |
| vysvětlit běžné jevy mechaniky tekutin a termomechaniky |
| pochopit fyzikální popis stavu nebo procesu mechaniky tekutin daný algebraickou nebo diferenciální rovnicí |
| Odborné dovednosti |
|---|
| naprogramovat výpočet jednodušší fyzikální úlohy |
| pracovat s některým z komerčních výpočtových či konstrukčních programů pro strojírenství nebo energetiku |
| provést analytický výpočet jednodušší obyčejné diferenciální rovnice nebo soustavy lineárních algebraických rovnic |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| bc. studium: vyjadřuje se v mluvených i psaných projevech jasně, srozumitelně a přiměřeně tomu, komu, co a jak chce sdělit, s jakým záměrem a v jaké situaci komunikuje, |
| bc. studium: uplatňuje při řešení problémů vhodné metody a dříve získané vědomosti a dovednosti, kromě analytického a kritického myšlení využívá i myšlení tvořivé s použitím představivosti a intuice, |
| Výsledky učení |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| odvodit a vysvětlit výchozí parciální diferenciální rovnice proudění a sdílení tepla |
| řešit úlohy kondukce, konvekce a radiace vhodnými metodami |
| specifikovat kriteria podobnosti a kriteriální rovnice v konvekci pro výpočet součinitele přestupu tepla |
| rozumět problematice varu kapalin v nádobách a varných trubkách, vysvětlit krizi varu |
| optimalizovat kondenzaci při různé orientaci chlazené plochy (vodorovné a svislé trubkové svazky) |
| přenášet kriteriální rovnice konvekce na přenos hmotnosti při sublimaci a odpařování |
| Odborné dovednosti |
|---|
| vyřešit teplotní pole v pevném tělese numericky při různých okrajových podmínkách, a to metodou síťovou nebo tepelných bilancí |
| analyticky vypočítat teploty a tepelné toky v jednoduchých pevných tělesech při stacionárních nebo nestacionárních okrajových podmínkách |
| umět pracovat s kriteriálními rovnicemi pro stanovení součinitele přestupu tepla nebo přenos hmotnosti |
| navrhnout různé typy výměníků tepla (regenerátory, rekuperátory, směšovací atd), určit jejich parametry, např. součinitel prostupu tepla, střední teplotní rozdíl, průtočné hmotnosti, výkon aj. |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| bc. studium: samostatně získávají další odborné znalosti, dovednosti a způsobilosti na základě především praktické zkušenosti a jejího vyhodnocení, ale také samostatným studiem teoretických poznatků oboru, |
| Vyučovací metody |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| Přednáška založená na výkladu, |
| Cvičení (praktické činnosti), |
| Odborné dovednosti |
|---|
| Cvičení (praktické činnosti), |
| Přednáška založená na výkladu, |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| Přednáška založená na výkladu, |
| Cvičení (praktické činnosti), |
| Hodnotící metody |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| Kombinovaná zkouška, |
| Odborné dovednosti |
|---|
| Test, |
| Seminární práce, |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| Ústní zkouška, |
| Test, |
|
Doporučená literatura
|
-
Jícha, Miroslav. Přenos tepla a látky. Brno : CERM, 2001. ISBN 80-214-2029-4.
-
Sazima, Miroslav. Sdílení tepla. 2. vyd, dotisk. Praha : Vydavatelství ČVUT, 1980.
-
Šesták, Jiří; Rieger, František. Přenos hybnosti, tepla a hmoty. 2. vyd. Praha : Vydavatelství ČVUT, 2001. ISBN 80-01-01715-X.
|