TRASMISSIONE DEL CALORE

Attività formativa monodisciplinare
Codice dell'attività formativa: 
39021

Scheda dell'insegnamento

Per studenti immatricolati al 1° anno a.a.: 
2019/2020
Insegnamento (nome in italiano): 
TRASMISSIONE DEL CALORE
Insegnamento (nome in inglese): 
HEAT TRANSFER
Tipo di attività formativa: 
Attività formativa Caratterizzante
Tipo di insegnamento: 
Opzionale
Settore disciplinare: 
FISICA TECNICA INDUSTRIALE (ING-IND/10)
Anno di corso: 
1
Anno accademico di offerta: 
2019/2020
Crediti: 
6
Responsabile della didattica: 
Mutuazioni

Altre informazioni sull'insegnamento

Modalità di erogazione: 
Didattica Convenzionale
Lingua: 
Italiano
Ciclo: 
Primo Semestre
Obbligo di frequenza: 
No
Ore di attività frontale: 
48
Ambito: 
Ingegneria meccanica
Materiali didattici: 
Prerequisiti

Lo studente dovrà far riferimento alle conoscenze già acquisite nei corsi di Fluidodinamica e di Fisica Tecnica

Obiettivi formativi

Al termine del modulo lo studente ha acquisito le conoscenze fondamentali della trasmissione del calore. In particolare sa risolvere problemi anche complessi nell'ambito dello scambio termico conduttivo radiativi e convettivo con transizione di fase. Ha inoltre acquisito la capacità di progettare, dal punto di vista termico, elementi meccanici e sistemi (es. scambiatori di calore).

Contenuti dell'insegnamento

Equazione dell'energia. Equazione del calore e condizioni al contorno. Adimensionalizzazione. Conduzione stazionaria: problemi monodimensionali. Approccio integrale. Analogia elettrica. Alettature. Problemi bidimensionali: metodi analitici, metodi numerici. Conduzione non stazionaria: parametri concentrati e reti elettriche equivalenti; metodi analitici (separazione variabili, serie, integrale di Duhamel); diagrammi di Heisler. Il problema del contatto. Problemi periodici.
Scambio termico per ebollizione. Diagramma di Nukyiama, flusso critico, ebollizione a film (soluzione analitica). Ebollizione forzata: flussi esterni e in condotti. Scambio termico per condensazione: a film e a gocce. Irraggiamento: Fondamenti. Dipendenze angolari e spettrali. Fattori di forma. Scambio tra superfici nere e grigie. Scambio con il cielo e mezzi partecipi. Scambio termico con superfici a brillanza non uniforme. Scambiatori di calore: tipologie,
scambiatori liquido-liquido, gas-gas, gas-liquido. Microscambiatori.
Scambiatori per applicazioni speciali.

Testi di riferimento

: Fundamentals of heat and mass transfer. F.P. Incropera, D.P. De Witt; John Wiley & Sons.
Copia delle slides usate nel corso sono disponibili su richiesta.

Metodi didattici

La didattica si svolgerà tramite lezioni frontali, ma con un'attenzione particolare al confronto e al dialogo diretto con gli studenti, che potranno, durante le lezioni, formulare proposte di approfondimento o dibattito.
All'interno del corso saranno organizzate per gli studenti frequentanti esercitazioni pratiche, aventi ad oggetto la soluzione di problemi ingegneristici nell’ambito della termofluidodinamica (per il modulo di Termofluidodinamica) e del trasporto di calore (per il modulo Trasmissione del calore), finalizzate a far conseguire agli studenti una capacità critica su tali argomenti. Il docente individuerà gli argomenti in relazione alle tematiche esposte durante il ciclo di lezioni.
Sono inoltre previste alcune sessioni dedicate all'uso di software specifici.

Modalità verifica profitto e valutazione

L'esame prevede la preparazione di un elaborato scritto di fine corso su un argomento concordato con il docente ed una successiva prova orale. Entrambe le prove sono obbligatorie.
L’elaborato andrà consegnato al docente alcuni giorni prima della prova orale. Durante la prova orale l’elaborato verrà discusso e la sua valutazione costituirà parte (50%) della valutazione finale.
La prova orale è strutturata in tre parti, discussione dell’elaborato, prova orale su un argomento scelto dal candidato (diverso da quello sul quale è stato preparato l’elaborato scritto), prova orale su argomenti diversi a completamento. Il risultato della prova orale (considerando la valutazione dell’elaborato), produrrà il voto finale.
Per gli studenti che seguono il C.I. di Termofluidodinamica e trasmissione del calore, l’esame sui due moduli può essere svolto in appelli diversi, ed in tal caso il voto finale è costituito dalla media dei voti parziali ottenuti nei singoli moduli.

Prerequisites

The student will have to refer to the knowledge acquired with the courses of Fluidmechanics (Fluidodinamica) and Thermal Physics (Fisica Tecnica).

Educational goals

At the end of the module the student has acquired the fundamentals of heat transfer and he/she can solve complex heat transfer problems and to design, from the heat transfer viewpoint, mechanical elements and systems (for example: heat exchangers)

Course content

Energy equations. Heat equations and external conditions. Adimensionalisation. Steady conduction: monodimensional problems. Integral approach. Electric analogy. Fins. Bidimensional problems: analytical methods, numerical methods. Unsteady conduction: method of lumped capacities and equivalent electrical circuits; analytical methods (separating variables, series, Duhamel's principle); Heisler diagrams. The problem of contact between two solids, effusivity. Periodical problems. Boiling heat transfer. Nukyiama diagram, critical flux, film boiling (analyitcal solution). Forced boiling: in ducts and external flows. Heat exchange in film and drop condensation. Radiation: basics. Spectrum and angle dependence. View factors, heat transfer among black and gray surfaces. Heat transfer with the sky, participating media. Heat transfer among surfaces with non-uniform radiosity. Heat exchangers: liquid-liquid, gas-gas, gas-liquid heat exchangers. Microexchangers. Heat exchangers for special applications.

Textbooks and reading lists

: Fundamentals of heat and mass transfer. F.P. Incropera, D.P. De Witt; John Wiley & Sons.
Copy of the lecture slides available upon request.

Teaching methods

Teaching will take place mainly through lectures with a special attention to a direct interaction with students, which will have the possibility to propose deepening of some subject and to debate on them.
Training sessions will be organised, with the aim to teach how to solve engineering problems in the field of applied thermofluid-dynamics (for the module Thermofluids) and engineering heat transfer (for the module Heat transfer) and to develop a critical skill on the subjects. The lecturer will prepare the subjects of each session on the basis of the topics developed during the lectures.
Sessions on the use of specific software will be held.

Assessment and Evaluation

The examination consists of two parts: the preparation of an end-of-course report on a subject previously approved by the course leader and an oral test. Both tests are compulsory.
The report will have to be delivered some days before the oral test. During the oral test there will be a debate on the report content and its evaluation will be part (50%) of the final evaluation.
The oral test is made by three parts: a discussion of the written report, a colloquium on a subject chosen by the candidate (different from that of the report) and a colloquium on different subjects to complete the survey. The result of the oral test (considerino the report evaluation) will yield the final mark.
For those students enrolled for the Integrated Course on Thermofluids and Heat Transfer, the exams on the two modules can be taken separately, in such case the final mark will be the average of the two partial marks