سرفصل های درس پدیده انتقال

نام بسته درسی:پدیده های انتقال

——————————————————————

فهرست:

روش‌های انتقال گرما                                                                                                                                   

قانون بقای انرژی                                                                                                                                       

خواص گرمایی مواد                                                                                                                                    

آزمون خودسنجی                                                                                                                                               

معادله کلی انتقال گرما                                                                                                                               

معادله انتقال گرما در مختصات کارتزین                                                                                                          

معادله انتقال گرما در مختصات استوانه‌ای                                                                                                        

معادله انتقال گرما در مختصات کروی                                                                                                             

شرایط مرزی و اولیه                                                                                                                                  

آزمون خودسنجی                                                                                                                                                    

انتقال گرمای هدایتی                                                                                                                                 

دیوار مسطح                                                                                                                                           

استوانه                                                                                                                                                   

کره                                                                                                                                                       

تعیین نرخ انتقال گرما                                                                                                                               

مقاومت گرمایی                                                                                                                                        

دیوار مرکب                                                                                                                                            

عایق‌بندی                                                                                                                                              

شعاع بحرانی                                                                                                                                            

آزمون خودسنجی                                                                                                                                                

سطوح گسترش یافته (پره‌ها)                                                                                                                        

معادله دیفرانسیل حاکم                                                                                                                             

توزیع دما در پره‌های با سطح مقطع یکنواخت                                                                                                   

انتقال گرما در پره‌ها                                                                                                                                   

راندمان پره                                                                                                                                             

ضریب تأثیر پره                                                                                                                                        

روش هارپر و براون                                                                                                                                   

آزمون خودسنجی                                                                                                                                   

انتقال گرمای هدایتی چندبعدی                                                                                                                    

مقدمه                                                                                                                                                   

روش‌های عددی                                                                                                                                       

تعیین ضریب شکل هدایت گرمایی در روش ترسیمی                                                                                          

آزمون خودسنجی                                                                                                                                   

هدایت گرمایی ناپایا                                                                                                                                  

روش ظرفیت گرمایی فشرده                                                                                                                         

اثرات مکانی                                                                                                                                             

جسم نیمه بی‌نهایت                                                                                                                                  

نمودارهای هسلر                                                                                                                                        

روش‌های تفاضل محدود برای انتقال گرمای ناپایا                                                                                               

هدایت ناپایا در سیستم‌های چندبعدی                                                                                                             

آزمون خودسنجی                                                                                                                                  

انتقال گرمای جابجایی                                                                                                                                

لایه مرزی سرعت                                                                                                                                      

معادلات لایه مرزی                                                                                                                                   

تشابه رینولدز                                                                                                                                           

تشابه رینولدز ـ کلبورن                                                                                                                              

جریان روی صفحه تخت                                                                                                                             

جریان حول استوانه و کره                                                                                                                            

جریان داخلی                                                                                                                                          

آزمون خودسنجی                                                                                                                                   

جابجایی طبیعی                                                                                                                                     

معادلات حاکم بر انتقال گرمای جابجایی طبیعی                                                                                              

تعیین توزیع سرعت و توزیع دما                                                                                                                 

انتقال گرمای جابجایی طبیعی روی یک صفحه عمودی                                                                                     

جابجایی طبیعی روی استوانه‌ها                                                                                                                  

جابجایی طبیعی داخل محفظه‌های بسته                                                                                                        

انتقال گرمای جابجایی اجباری طبیعی توام                                                                                                    

آزمون خودسنجی                                                                                                                                 

جوشش و میعان                                                                                                                                    

جوشش                                                                                                                                                

میعان                                                                                                                                                 

آزمون خودسنجی                                                                                                                                

مبدل‌های گرمایی                                                                                                                                    

انواع مبدل‌های گرمایی                                                                                                                            

آزمون خودسنجی                                                                                                                                 

اعداد بی‌بعد                                                                                                                                          

عدد رینولدز                                                                                                                                           

عدد پرانتل                                                                                                                                           

عدد ناسلت                                                                                                                                           

عدد بیو                                                                                                                                                

عدد فوریه                                                                                                                                            

عدد گراشف                                                                                                                                           

عدد پکلت                                                                                                                                            

عدد رایلی                                                                                                                                            

عدد استانتون                                                                                                                                         

عدد اکرت                                                                                                                                            

عدد گراتز                                                                                                                                             

عدد لویس                                                                                                                                            

عدد برینکمن                                                                                                                                         

ازمون خودسنجی                                                                                                                                 

تشعشع                                                                                                                                               

خواص تشعشع                                                                                                                                       

قانون کیرشهف                                                                                                                                      

قانون توزیع پلانک                                                                                                                                   

قانون استفان بولتزمن                                                                                                                              

قانون جابجایی وین                                                                                                                                 

تبادل گرمای تشعشعی بین سطوح سیاه                                                                                                         

تبادل گرمای تشعشعی بین سطوح خاکستری و دیفیوز در یک محفظه                                                                   

سپرهای تشعشعی                                                                                                                                   

انتقال گرمای تشعشعی در گازها                                                                                                                 

پدیده گلخانه‌ای                                                                                                                                      

ضریب شکل                                                                                                                                         

آزمون خودسنجی                                                                                                                                 

مقدمه ای بر عملیات انتقال جرم                                                                                                                 

جداسازی مکانیکی                                                                                                                                  

تقسیم‌بندی عملیات انتقال جرم                                                                                                                   

عملیات مستقیم و  غیرمستقیم                                                                                                                  

عملیات پایا و ناپایا                                                                                                                                   

دستگاه‌های مرحله‌ای و دیفرانسیلی                                                                                                             

اصول طراحی واحدهای انتقال جرم                                                                                                             

آزمون خودسنجی                                                                                                                                          

نفوذ مولکولی                                                                                                                                        

قانون اول فیک                                                                                                                                      

نفوذ مولکولی یک‌بعدی و پایا در سیالات در حال سکون و در جریان آرام                                                                 

ضریب نفوذ                                                                                                                                           

نفوذ در مخلوط‌های چندجزیی در حالت پایا                                                                                                    

معادلات پیوستگی                                                                                                                                  

تغیین توزیع غلظت                                                                                                                                  

نیروی محرکه نفوذ مولکولی                                                                                                                       

معادله عمومی انتقال مولکولی                                                                                                                    

نفوذ در جامدات                                                                                                                                      

آزمون خودسنجی                                                                                                                                

ضرایب انتقال جرم                                                                                                                                   

معادلات نفوذ درهم                                                                                                                                 

ضرایب انتقال جرم                                                                                                                                   

اعداد بدون بعد                                                                                                                                      

تعیین ضریب انتقال جرم                                                                                                                          

آزمون خودسنجی                                                                                                                                        

انتقال جرم بین فازها                                                                                                                               

تعادل                                                                                                                                                  

انتقال جرم بین دو فاز                                                                                                                              

ضرایب کلی انتقال جرم                                                                                                                             

مقاومت‌های انتقال جرم                                                                                                                             

ضرایب کلی ـ حالت  عمومی                                                                                                                     

واحدهای عملیاتی یک مرحله‌ای                                                                                                                  

بازده مورفری                                                                                                                                        

مجموعه واحدها                                                                                                                                      

آزمون خودسنجی                                                                                                                                

دستگاه‌های مربوط به عملیات گاز ـ مایع                                                                                                        

 تقسیم‌بندی دستگاه‌ها                                                                                                                             

برج‌های سینی‌دار                                                                                                                                   

برج‌های پرشده                                                                                                        

 (Packed Towers)

مقایسه برج‌های سینی‌دار و پرشده                                                                                                               

ماندگی مایع                                                                                                             

(Liquid Hodlup)سایر دستگاه‌ها                                                                                                                                       

اثرات انتهایی (End Effects) و اختلاط محوری                                                                 

 (Axial Mixing)261

آزمون خودسنجی                                                                                                                                

جذب گاز                                                                                                                                              

انتخاب حلال مناسب برای عمل جذب                                                                                                          

تأثیر دما و فشار روی فرایندهای جذب و دفع گاز                                                                                             

ضریب جذب (A) و ضریب دفع                                                                                                           

(S)

جریان‌های همسو                                                                                                                                   

جریان‌های غیرهمسو                                                                                                                               

تعیین حداقل حلال موردنیاز                                                                                                                       

آزمون خودسنجی                                                                                                                                

منابع و مآخذ                                                                                                                                              

 بخش هایی از بسته درسیپدیده های انتقال

روش‌های انتقال گرما

انتقال گرما به صورت انرژی انتقال یافته از یک سیستم به سیستم دیگر در اثر وجود اختلاف دما بین دو سیستم تعریف می‌گردد. انتقال گرما ناشی از وجود اختلاف دما است، بین دو محیط که دمای یکسانی دارند انتقال گرمایی صورت نمی‌گیرد.

نکته: گرادیان دما، نیروی محرکه انتقال گرما است.

نکته: نرخ انتقال گرما در یک جهت مشخص به میزان اختلاف دما بر واحد طول بستگی دارد و هرچه اختلاف دما زیادتر باشد نرخ انتقال گرما زیادتر می‌شود.

انتقال گرما به سه طریق می‌تواند انجام گیرد: هدایت، جابجایی و تشعشع.

در هر سه روش گرما از محیطی با دمای بالاتر به محیطی با دمای پایین‌تر منتقل می‌شود.

انتقال گرمای هدایتی

هدایت، انتقال انرژی از ذرات پرانرژی یک ماده به ذرات کم‌انرژی مجاور و حاصل از برهم‌کنش بین ذرات است. در این روش انتقال، واسطه انتقال گرما ساکن است. در مایعات و گازها هدایت بر اثر برخورد و انتشار مولکول‌ها در حین حرکت تصادفی صورت می‌گیرد. در جامدات هدایت در اثر ترکیبی از ارتعاشات مولکولی در شبکه و انتقال انرژی به وسیله الکترون‌های آزاد صورت می‌گیرد. بنابراین هدایت یک پدیده انتقال در مقیاس مولکولی است.

انرژی که مولکول‌ها دارا هستند بواسطه حرکات خطی، دورانی و نوسانی آن‌ها است و با افزایش دما افزایش می‌یابد.

قانون فوریه

برای تعیین میزان انتقال گرمای هدایتی از قانون فوریه استفاده می‌کنیم. قانون فوریه بیان می‌کند که انتقال گرما در اثر در اثر اندرکنش‌های مولکولی در هر نقطه‌ای از جامد یا سیال از نظر مقدار متناسب با گرادیان دما و از نظر جهت در خلاف جهت آن است.

مطابق شکل زیر، دیواری مسطح به ضخامت L را در نظر می‌گیریم که دمای یک طرف آن ₁T و دمای طرف دیگر آن ₂T است. با فرض  انتقال گرما از سمت چپ به سمت راست صورت می‌گیرد.

نرخ انتقال گرما در دیواره از رابطه  بدست می‌آید که A سطح مقطع عمود بر جهت انتقال گرما است.

با زیاد کردن سطح و درجه حرارت و کم کردن ضخامت انتقال گرما به روش هدایت افزایش می‌یابد. دلیل وجود علامت منفی این است که انتقال گرما در جهت کاهش دما صورت می‌گیرد.

نکاتی در مورد قانون فوریه

1ـ این قانون مبتنی بر تجربه است و به صورت تئوری به دست نیامده است.

2ـ علامت منفی نشان‌دهنده این است که انتقال گرما در جهت کاهش دما صورت می‌گیرد. انتقال گرما نمی‌تواند از جای سرد به جای گرم صورت گیرد چون قانون دوم ترمودینامیک نقض می‌شود.

3ـ این قانون برای هر دو حالت پایا و ناپایا صادق است.

4ـ این قانون برای تمام حالت‌های ماده (جامد، مایع و گاز) قابل استفاده است.

ضریب هدایت گرمایی

ضریب هدایت گرمایی یک خاصیت انتقالی است و می‌توان آن را به صورت نسبت شار انتقال گرما به گرادیان دما تعریف کرد:                  ضریب هدایت گرمایی معیاری از قابلیت مواد در هدایت گرما است.

واحد آن در سیستم W/m K², SIو در سیستم انگلیسی Btu/ft.hr.Rاست.

اجسام را برحسب kمی‌توان به سه دسته زیر تقسیم کرد:

1) هادی: دارای kزیاد

2) نیمه هادی: دارای kمتوسط

3) عایق: دارای kکم

نکاتی در مورد ضریب هدایت گرمایی:

1) ضریب هدایت گرمایی:

گازها > مایعات > جامدات غیرفلزی > آلیاژهای فلزی > فلزات خالص

2) ضریب هدایت گرمایی یک ماده تابع حالت ماده است و با تغییر دما، فشار، ساختمان، رطوبت و… ماده تغییر می‌کند.

3) از تغییرات ضریب هدایت گرمایی در اثر تغییر فشار می‌توان صرفنظر کرد.

4) kنمی‌تواند مقدار منفی داشته باشد چون در اینصورت قانون دوم ترمودینامیکی نقض می‌گردد.

5) در برخی جامدات خاص (مثلاً جامدات لیفی) مقدار kبه جهت انتقال گرما هم وابسته است مثلاً ضریب هدایت گرمایی پشم شیشه در حالتی که جهت جریان در جهت الیاف است با حالتی که جهت جریان عمود بر الیاف است فرق می‌کند.

6) با منظم‌تر شدن شبکه مولکولی ضریب هدایت گرمایی هم افزایش می‌یابد.

برای مشاوره اینجا بزنید