Trasmissione del calore

Question 1

Calore

Answer 1

Forma di energia associata al movimento delle molecole

Si manifesta come aumento di temperatura o passaggio di fase

Question 2

Tipi di trasmissione del calore e descrizione

Answer 2

Conduzione: calore passa attraverso sostanza solida o liquido fermo
Convezione: calore trasportato con un fluido in movimento
Irraggiamento: trasmissione del calore con onde elettromagnetiche, senza un mezzo

Question 3

Conduzione: potenza termica

Answer 3

Legge di Newton per la conduzione:
Q’ = - λ A dT/dx
Segno negativo: calore trasferito in direzione della diminuzione di temperatura

Question 4

Conducibilità termica

Answer 4

λ [W/m*K]

dipende dal materiale

Question 5

Convezione: potenza termica

Answer 5

Q’ = h A ΔT

Question 6

Coefficiente convettivo

Answer 6

h [W/m^2*K]

Question 7

Irraggiamento: potenza termica

Answer 7

Q’ proporzionale a (T1^4 - T2^4)

Question 8

Semplificazioni eq. di Fourier

Answer 8

• Regime stazionario
• Senza generazione
• Conduzione monodimensionale
• Parete piana : eq. di Newton
• Parete cilindrica
• Con generazione
• Parete piana monodimensionale
• No regime stazionario T(t)
• Proprietà omogenee (Bi < 0,1) : capacità concentrate
• Proprietà non omogenee (Bi > 0,1) caso monodimensionale T(x,t)
• Fo > = 0,2 : parete spessa
• Fo < 0,2 : parete semi infinita

Question 9

Resistenza termica conduttiva parete piana

Answer 9

R = l / λA

Question 10

resistenza termica conduttiva cilindro

Answer 10

R = log(re/ri) / 2 pi L λ

Question 11

Resistenza termica pareti piane in serie

Answer 11

Rtot = ΔTtot / Q’

Question 12

Distribuzione temperatura parte piana con generazione interna

Answer 12

Parabola:
T(x) = -g’/2λ x^2 + Bx + C

Condizione adiabatica in x=0:
B=0
ΔTconv = g’L/h
ΔTcond = g’/2λ L^2

Question 13

Profilo temperatura alette

Answer 13

ΔT(x) = C1*e^-mx + C2*e^mx
m = rad(hp/λA)

Aletta infinita:
C2 = 0
C1 = ΔT0

Aletta finita con condizione adiabatica in punta (x=L):
…

Question 14

Profilo temperatura alette

Answer 14

ΔT(x) = C1*e^-mx + C2*e^mx
m = rad(hp/λA)

Aletta infinita:
C2 = 0
C1 = ΔT0

Aletta finita con condizione adiabatica in punta (x=L):
C1 = ΔT0/1+e^-2mL
C2 = ΔT0/1+e^2mL

Question 15

Alette: efficienza

Answer 15

Rendimento:
Rapporto tra calore scambiato e calore massimo scambiabile nel caso di aletta isoterma

Per aletta infinita è 0

Question 16

Alette: efficacia

Answer 16

Rapporto tra calore scambiato dall’aletta e calore scambiato dalla base se non ci fosse l’aletta

Question 17

Raggio critico

Answer 17

Minima resistenza, massima dissipazione di calore

Question 18

Numero di Biot: significato

Answer 18

Rapporto tra variazione di temperatura per conduzione e variazione per convezione

Se Bi < < 1 vuol dire che gli effetti di conduzione all’interno del solido sono trascurabili, la convezione è prevalente, la temperatura all’interno sarà uniforme, quindi si può usare il metodo a parametri concentrati

Question 19

Numero di Nusselt: significato

Answer 19

Misura del coefficiente di convezione.
Valuta gradiente di temperatura in superficie.
Rapporto tra flusso di calore scambiato per convezione e flusso di calore scambiato per conduzione

Question 20

Numero di Reynolds

Answer 20

Rapporto tra forze di inerzia (provocano mescolamento) e forze viscose (mantengono stato laminare).
Caratterizza il flusso in convezione forzata

Question 21

Numero di Prandtl

Answer 21

Rapporto tra viscosità cinematica e diffusività termica. È una proprietà del fluido.
Rapporto tra diffusione di quantità di moto nello strato limite di velocità e diffusione di energia nello strato limite di temperatura.
Rappresenta dimensione dello strato limite di velocità rispetto a quello di temperatura

Question 22

Numero di Grashof

Answer 22

Rapporto tra prodotto di forze di galleggiamento e forze di inerzia e forze viscose.
Caratterizza la convezione naturale

Question 23

Numero di Rayleigh

Answer 23

Prodotto del numero di Grashof e di Prandtl, visto che questo prodotto è usato spesso nelle correlazioni per la convezione naturale

Question 24

Tipologie di convezione

Answer 24

Naturale

Forzata

Question 25

Convezione naturale

Answer 25

Trasmissione di calore causa moto del fluido che causa ulteriore trasmissione di calore

Question 26

Convezione forzata

Answer 26

Movimento del fluido imposto dall’esterno. Problema del moto separato dal problema della trasmissione del calore: problema più semplice

Question 27

Tipi di moto

Answer 27

Laminare
Transizione
Turbolento

Question 28

Moto laminare

Answer 28

Strati di fluido scorrono paralleli senza mescolamento

Question 29

Moto turbolento

Answer 29

Presenti fenomeni di mescolamento

Question 30

Strato limite di velocità

Answer 30

Zona in cui la velocità passa da 0 (a contatto con la superficie) fino al 99 % della velocità indisturbata

Question 31

Strato limite di temperatura

Answer 31

Zona in cui il rapporto tra Ts-T e Ts-Tinf passa 0 (a contatto con la superficie T=Ts) a 0,99

Question 32

Tipologie principali scambiatori di calore

Answer 32

Tubi concentrici
Tubi e mantello
Correnti incrociate

Question 33

Scambiatore di calore a tubi concentrici

Answer 33

Due fluidi scorrono nella stessa direzione o in direzioni opposte all’interno di tubi concentrici.
Scambiatore più semplice

Question 34

Scambiatore di calore a tubi e mantello

Answer 34

Più tubi attraversano il mantello.
La corrente attraversa una sola volta il mantello.
Diaframmi per aumentare coefficiente convettivo lato mantello.
Usati negli impianti di produzione di energia e nei grossi impianti industriali

Question 35

Scambiatore di calore a correnti incrociate

Answer 35

Serie di piastre sottili montate su una serie di tubi paralleli.
Le piastre fungono da alette e servono per far scorrere un fluido (di solito un gas) perpendicolare ai tubi.
Usati nel condizionamento dell’aria e nello smaltimento del calore nella refrigerazione.

Question 36

Differenze scambiatori equicorrente e controcorrente

Answer 36

• La differenza media logaritmica di temperatura è maggiore per uno scambiatore controcorrente
• A parità di U, per scambiare lo stesso calore, serve meno superficie per uno scambiatore controcorrente
• La temperatura di uscita del fluido freddo può essere superiore a quella in uscita del fluido caldo in uno scambiatore controcorrente ma non in uno equicorrente

Question 37

Efficienza scambiatore

Answer 37

rapporto tra differenza di temperatura e differenza di temperatura massima

Question 38

Emissività totale

Answer 38

Rapporto tra potere emissivo di un corpo e potere emissivo del corpo nero

Question 39

Fattore di vista

Answer 39

Rapporto tra frazione di potenza emessa da 1 che raggiunge 2 e potenza complessiva emessa da 1