Värmeöverföring

Question 1

När sker värmeledning?

Answer 1

Energitransport orsakad av interaktion mellan atomer/molekyler. Sker i fasta material eller i fluider om hastigheten är låg.

Question 2

När sker konvektion?

Answer 2

För fluider i rörelse.

Question 3

När sker strålning?

Answer 3

Mellan ytor och elektromagnetiska vågor avges när temperaturen hos föremålet > 0.

Question 4

Vad är värmekonduktivitet?

Answer 4

Värmeledningsförmåga. Ju högre desto bättre förmåga.

Question 5

Förklara värmegenomgång.

Answer 5

Används då värme transporteras med ledning genom väggar och rör som består av flera skikt av olika material och värme transporteras till och från ytterytorna med konvektion eller strålning.

Question 6

Vad beskriver termisk diffusivitet?

Answer 6

Anger hur fort värme sprids i ett material. Formeln är värmekonduktivitet/densitet*Cp

Question 7

Vad säger Prandtl-talet?

Answer 7

Hur tjock temperaturgränsskiktet är i förhållande till hastighetsgränsskiktet. Vid Pr = 1 betyder att rörelsemängd och värme förspills med samma hastighet. Lågt Pr betyder att värme sprids snabbt (tjock temperaturgränsskikt). Högt Pr betyder att värme sprids långsamt, tunt temperaturgränsskikt. Kortfattat ger Pr fluidens termiska egenskaper.

Question 8

Vad är skillnaden mellan naturlig och påtvingad konvektion? Ge exempel.

Answer 8

Naturlig: värmetransport genom fluidrörelse pga densitetsvariationer som i sin tur beror av temperaturskillnader. Ex mat som kyls på diskbänken
Påtvingad: Värmetransport genom fluidrörelse som sker pga en yttre kraft så som en fläkt eller vind. Ex person som kyls en varm sommardag pga vind eller fläkt.

Question 9

Vad är Nusselt-talet?

Answer 9

Ett mått på förhållandet mellan ledning och konvektion i fluiden.

Question 10

Vilka värmemekanismer sker vid en varm plan platta och hur ter sig hastigheten?

Answer 10

No slip vid ytan vilket betyder att det innersta fluidlagret är stilla vilket vidare betyder att det sker ledning i innersta fluidlagret. Om stationärt leds lika mycket värme från ytan som konvekteras av den rörliga fluiden längre ut. Vidare, om temperaturfördelningen är känd kan h bestämmas genom att Oprickledning = Qprickkonvektion

Question 11

Hur utvecklas gränsskiktet längs en plan platta och hur påverkar det Nusselttalet?

Answer 11

Gränsskiktet utvecklas i strömningsriktningen, dvs tjockare vid turbulent strömning, men förhållandena varierar i strömningsriktningen. Detta ger lokala Nusselttal i laminärt och turbulent gränsskikt. Man kan även beräkna ett medelvärde på Nusselttalet för hela laminära eller turbulenta delen och vidare ett medelvärde för hela plattan.

Question 12

Förklara klumpmetoden och förutsättningar för att använda den.

Answer 12

Klumpmetoden ger ett uttryck för klumpens temperatur T som funktion av tiden, dvs T(t). En förutsättning är att Biottalet < 0,1.

Question 13

Beskriv en svart kropp.

Answer 13

En svart kropp är en perfekt strålar och avger maximal effekt. En svart kropp absorberar även all inkommande strålning och den själv strålar jämnt i alla riktningar.

Question 14

Vad säger Stefan-Boltzmanns lag?

Answer 14

Maximal strålningseffekt från en yta med temperaturen T.

Question 15

Vad är emissivitet?

Answer 15

Anger hur bra ett föremål strålar. Om emissiviteten är konstant kallas föremålet för en grå kropp.

Question 16

Förklara hur strålning från en verklig yta går till.

Answer 16

En verklig yta strålar mindre än en svart kropp och absorberar bara en del av den inkommande strålningen.

Question 17

Vad säger Kirchhoffs lag?

Answer 17

För en yta med temperaturen T är absorptionsförhållandet för strålning från en svart kropp med samma temperatur lika med emissionsförhållandet. I praktiken är detta tillämpbart inom några hundra grader.

Question 18

Förklara växthuseffekten ur ett strålningsperspektiv.

Answer 18

Glas är transparent för våglängder i vilket 90% av strålningen finns. Mycket av den infraröda strålningen som emitteras bakom glaset hindras från att passera ut igen. Energin blir alltså kvar bakom glaset.

Question 19

Hur överförs värme för ett område med tjocklek 1 cm och a) består av luft, b) vakuum, c) isolering, d) superisolering

Answer 19

a) ledning och strålning
b) strålning
c) ledning ty är ett material som inte rör sig och isolering skärmar av strålning
d) ledning

Question 20

Vilka två komponenter består solstrålning av? Beskriv dessa.

Answer 20

Direkt solstrålning (GD) och diffus solstrålning (Gd). Den direkta solstrålningen infaller mot jorden utan avbrott medan den diffusa solstrålningen har absorberats och emitterats i atmosfären och har ingen tydlig riktning.
Den totala solstrålningen Gsol = GDcos(vinkeln) + Gd

Question 21

En klar hösteftermiddag parkeras en bil utomhus. På kvällen ska föraren åka därifrån och konstaterar att det trots utetemperaturen ej varit lägre än +3°C är det frost på bilens rutor. Förklara varför!

Answer 21

Ytans temperatur har gått under noll grader och kan förklaras med att Tsky har varit låg. Tillräckligt mycket värme från ytan har då strålats ut till atmosfären. Det är troligtvis inte så mycket vind eftersom Tomg då skulle varit större än 3 grader pga vinden blåst ut värmen som avgetts från ytan, det är alltså naturlig konvektion.

Question 22

Vad innebär begreppet kritisk isoleringsradie?

Answer 22

Kritisk isoleringsradie är ett begrepp vid värmeöverföring från cirkulära rör. För radier upp till den kritiska radien kommer avgiven värmeeffekt Qprick att öka även om mer isolering läggs på runt röret. Qprick beror av arean som i sin tur beror av radien. Den kritiska radien svarar mot att derivatan av den avgivna värmeeffekten blir 0, vilket är ett maximum. Alltså, mer isolering om radien är större än den kritiska radien kommer (som önskat) att minska avgiven värmeeffekt Qprick.

Question 23

En person befinner sig i ett rum och är mycket noga med att alltid hålla luftens temperatur på 21°C höst, vinter och vår för att ha ett behagligt klimat för både sig själv och sina krukväxter. Trots detta tycker personen att det känns kallare under vintern än under vår och höst. Ställ upp en värmebalans för personen som tar med energiflödena till och från personen och förklara utgående från denna varför personen upplever det kallare på vintern trots att temperaturen är densamma.

Answer 23

Personen omges av ytor och luft som kan antas hålla en lägre temperatur än kroppen, dvs nettovärmeöverföringen går från personen, och så länge kroppen klarar av att generera den mängd energi som åker ut upplevs det som komfortabelt ur ett termiskt perspektiv. Det som skiljer under den kalla årstiden torde vara att ytterväggarna håller en lägre temperatur än annars pga lägre utomhustemperatur. Därför kommer strålningen från personen till väggarna att öka, och denna extra mängd avgivna energi bör vara orsaken till att det upplevs kallare under vintertid.

Question 24

Nykokt potatis läggs på ett fat i ett kök för att svalna innan den placeras i kylen. Förklara vilka värmeöverförings-mekanismer som bidrar till kylningen.

Answer 24

Värme överförs från varmt till kallt. Potatisen kommer att avge värme till den kallare luften via konvektion, och det antas naturlig konvektion då inga yttre påfrestningar sker. Potatisen strålar även ut värme. Vidare, mellan fatet och potatisen sker värmeledning, där potatisen värme kommer att ledas till fatets kallare yta. Beroende på vad fatet är gjort av, ex porslin eller plast, kommer dess termiska konduktivitet att påverka hur mycket värme som faktiskt leds. Bidraget i form av värmeledning blir troligtvis litet i förhållande till den värme som transporteras via konvektion och strålning.

Question 25

Vilket eller vilka påståenden är sanna
i. Eftersom förångning kräver mycket energi kommer vätska som avdunstar kunna ha en avkylande effekt på ytan som den dunstar från.
ii. 100 g koppar och 100 g rostfritt stål skall under identiska förhållanden kylas från 500°C till 50°C. Kopparbiten når temperaturen 50°C först.
iii. Ett vitt A4-ark och jord (soil) med samma temperatur kommer att avge ungefär lika mycket energi genom strålning.

Answer 25

Alla är sanna.
ii. sant ty koppar har lägre specifik värmekapacitet än rostfritt stål. Specifik värmekapacitet anger energi som krävs för att höja temperaturen med en grad per ytenhet hos ett föremål. Det gör att koppar kräver en mindre mängd bortförd energi för att kylas med en grad.
iii. sant ty både materialen har ungefär samma emissionsförhållande.