ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ
Κατηγορία Μαθήματος: Προπτυχιακό
Τύπος Μαθήματος: ΕΚ1
Κωδικός Γραμματείας: ΕΝ0510
Εξάμηνο:
 6° (Εαρινό)

Διάρκεια:

 5 ώρες/εβδ.
ECTS Units:
 6
Τομέας:
 Ενέργειας, Βιομηχανικών Διεργασιών και Αντιρρυπαντικής Τεχνολογίας
Διδάσκων:
 Ανδρίτσος Νικόλαος
 
 

Σκοπός

Ενοποιούνται τα φαινόμενα μεταφοράς ορμής, θερμότητας και μάζας και παρουσιάζεται η μικροσκοπική ερμηνεία τους με βάση τη στατιστική μηχανική και την κινητική θεωρία των αερίων. Καταστρώνονται τα αντίστοιχα διαφορικά ισοζύγια για την περιγραφή μεταβατικών τρισδιάστατων προβλημάτων. Αντιμετωπίζονται προβλήματα συνδυασμένης μεταφοράς ορμής-θερμότητας-μάζας με διάχυση ή/και συναγωγή, με έμφαση στη μεταφορά μάζας. Στόχος του μαθήματος είναι η ολοκλήρωση του υπόβαθρου για την ανάλυση των φυσικών και χημικών διεργασιών.

 
Περιεχόμενα

Εισαγωγή-επανάληψη (1,5 εβδομάδα) Απόκλιση από τη θερμοδυναμική ισορροπία και φαινόμενα μεταφοράς. Σύνθετα παραδείγματα: Φλόγα προανάμιξης, Ψύξη νερού με εξάτμιση. Ενοποίηση νόμων μοριακής μεταφοράς Fourier, Fick, Newton

Στοιχεία στατιστικής μηχανικής και κινητικής θεωρίας των αερίων (2,5 εβδομάδες). Μικροσκοπική ερμηνεία της πίεσης ιδανικού αερίου, Νόμος Boltzmann για την κατανομή μορίων σε πεδίο δυναμικού, Κατανομή ταχυτήτων ιδανικού αερίου, Συγκρούσεις μορίων αερίου και μέση ελεύθερη διαδρομή, Διάχυση συστατικού σε μίγμα αερίων, Σύνδεση κινητικότητας με διαχυτότητα (σχέση Einstein), Εσωτερική ενέργεια μονοατομικού και πολυατομικού αερίου-Διάχυση θερμότητας, Διάχυση ορμής-Αναφορά θεωρίας Chapman-Enskog 

Κατάστρωση διαφορικών ισοζυγίων μεγέθους (3 εβδομάδες). Διατύπωση ισοζυγίου σε ακίνητο όγκο ελέγχου, Ροή μεγέθους με μοριακό μηχανισμό και με συναγωγή, Η διανυσματική φύση της ροής θερμότητας και μάζας. Η τανυστική φύση της ροής ορμής. Διατύπωση νόμων μοριακής μεταφοράς στις τρεις διαστάσεις, Γενικευμένο διαφορικό ισοζύγιο σε καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων, Οι ιδιαιτερότητες της μεταφοράς ορμής: παραγωγή ορμής από τις δυνάμεις στον όγκο ελέγχου, Οι ιδιαιτερότητες της μεταφοράς θερμότητας: συμπιεστά ρευστά. Συνοριακές συνθήκες σε στερεό τοίχωμα και σε διεπιφάνεια ρευστών Εφαρμογές μονοδιάστατης μεταφοράς. Μόνιμη αγωγή σε ηλεκτρικό καλώδιο. Υπερθέρμανση εδράνου ολίσθησης. Ροή υγρού υμένα σε κεκλιμένο επίπεδο. Μέτρηση διαχυτότητας υγρού/αερίου σε κελί διαφράγματος

Διάχυση σε αέρια και υγρά (1 εβδομάδα). Ανάπτυξη μη-μηδενικής μέσης ταχύτητας λόγω της διάχυσης. Μέση μαζική ταχύτητα και μέση γραμμομοριακή ταχύτητα. Ισογραμμομοριακή αντιδιάχυση και διάχυση διαμέσου στάσιμου στρώματος. Εξίσωση Stokes-Einstein για τη διαχυτότητα σε υγρά 

Διάχυση σε στερεά (1 εβδομάδα). Σύνθετα υλικά με κανονική γεωμετρία. Πορώδη μέσα και μικροπορώδη στερεά. Διάχυση Knudsen, επιφανειακή διάχυση και διάχυση διαλυτότητας. Μεμβράνες. Μεταβατική διάχυση σε μεμβράνη ή έλασμα

Ανάλυση φαινομένων μεταφοράς με συναγωγή (1 εβδομάδα). Το θερμικό οριακό στρώμα: επιλογή κλιμάκων και απλοποίηση εξισώσεων. Θέρμανση ρευστού από τα τοιχώματα κυλινδρικού αγωγού. Διάλυση αέριου συστατικού σε ελεύθερο υγρό υμένα. 

Ημιεμπειρική αντιμετώπιση σύνθετων προβλημάτων: οι συντελεστές μεταφοράς (1,5 εβδομάδες). Ορισμός συντελεστή μεταφοράς μάζας. Παραλληλισμός με συντελεστή συναγωγής. Διαστατική ανάλυση. Αδιάστατοι αριθμοί Sherwood και Schmidt. Εμπειρικές συσχετίσεις. Αναλογίες μεταφοράς θερμότητας-μάζας-ορμής. Σχέσεις Reynolds και Chilton-Colburn. Μεταφορά μάζας μεταξύ μη-αναμίξιμων ρευστών

Συνδυασμένη μεταφορά θερμότητας-μάζας (1,5 εβδομάδα). Εξάτμιση υγρού και θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου. Διόρθωση μεταφοράς θερμότητας λόγω μεταφοράς μάζας. Υπολογισμός συμπύκνωσης μίγματος αερίων

Μεταφορά μάζας με χημική αντίδραση (1 εβδομάδα). Χαρακτηριστικές εφαρμογές στη χημική και ενεργειακή βιομηχανία. Επιτάχυνση ρυθμού απορρόφησης αερίου σε υγρό λόγω χημικής αντίδρασης. Διάχυση και αντίδραση στο εσωτερικό πορώδους στερεού

 
Αναλυτικό Πρόγραμμα Σπουδών του Μαθήματος (Syllabus)
Βιβλιογραφία

Συγγράμματα που διατίθενται στους φοιτητές  (σύστημα ΕΥΔΟΞΟΣ)

• R.S. Brodkey & H.C. Hershey, «Φαινόμενα Μεταφοράς- Μια ενοποιημένη προσέγγιση»,  Εκδ. Τζιόλας, Θεσσαλονίκη, 2012.

• Ασημακόπουλος Δ., Λυγερού Β., Αραμπατζής Γ., «Μεταφορά Μάζας και Θερμότητας». Εκδ. Παπασωτηρίου, Αθήνα, 2012.

Διδακτικές σημειώσεις που διανέμονται στους φοιτητές

• Β. Μποντόζογλου, «Εισαγωγή στα Φαινόμενα Μεταφοράς», Σημειώσεις,

   Εκδόσεις Παν. Θεσσαλίας, 2003.

• Ν. Ανδρίτσος & Β. Μποντόζογλου, «Εισαγωγή στη Μεταφορά Μάζας», Σημειώσεις, 
   Εκδόσεις Παν. Θεσσαλίας, 2011.


Προτεινόμενα βοηθητικά συγγράμματα

• Η βιβλιογραφία της Μηχανικής Ρευστών και της Μετάδοσης Θερμότητας (π.χ. Incropera & DeWitt,
    Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley & Sons [Κεντρική Βιβλιοθήκη, Ταξ. αρ.:  621.402 2 INC])

• Ι. Μαρκόπουλου, "Μεταφορά Μάζας" (University Studio Press) 
   [Κεντρική Βιβλιοθήκη, Ταξ. αρ.:  660.284 23 ΜΑΡ]

• Truskey, G.A., Yuan, F., and Katz, D.F., "Transport Phenomena in Biological Systems". 2nd ed.,
   Pearson Prentice Hall (2010).

• E.L. Cussler, Diffusion-Mass Transfer in Fluid Systems, 2nd Ed., Cambridge University Press,

   NY (1997). [Κεντρική Βιβλιοθήκη, Ταξ. αρ.:  660.284 23 CUS]

• R.B. Bird, W.E. Stewart, and E.N. Lightfoot, Transport Phenomena, John Wiley & Sons,

    New York (2001). [Κεντρική Βιβλιοθήκη, Ταξ. αρ.:  660.284 2 BIR]

• C.J. Geankoplis, Transport Processes and Unit Operations, 3rd Ed., Prentice-Hall, Inc.,

   Englewood Cliffs, NJ (1993). [Κεντρική Βιβλιοθήκη, Ταξ. αρ.:  660.284 2 GEA]

• J.R. Welty, C.E. Wicks, R.E. Wilson and G. Rorrer, Fundamentals of Momentum, Heat and

   Mass Transfer, 4th edition.

• S. Middleman, An introduction to mass and heat transfer: principles of analysis and design,

   Wiley, 1998. [Κεντρική Βιβλιοθήκη, Ταξ. αρ.:  621.402 2 MID]

 
Εργαστηριακές Ασκήσεις
1. i) Μέτρηση ιξώδους υγρού με ιξωδόμετρο τύπου Cannon Fenskes
    ii) Μέτρηση ιξώδους υγρού με ρεόμετρο Brookfield
    iii) Μέτρηση πυκνότητας υγρού
    iv) Μέτρηση επιφανειακής τάσης με τη μέθοδο του ζυγού (Du Nouy)
    Διάρκεια 2 ώρες, Υπεύθυνη: κα Α. Γεωργαντάκη

2. Ροή ρέουσας στιβάδας ιξώδους υγρού σε κατακόρυφη πλάκα. Καθεστώτα ροής.   
    Διάρκεια 2 ώρες, Υπεύθυνη: κα Α. Γεωργαντάκη
Υπολογιστικές Ασκήσεις

Μέθοδος Διδασκαλίας
Διάλεξη, φροντιστήρια
Αξιολόγηση
Τελικές Εξετάσεις:
90%
Ασκήσεις:
10%
Φόρτος Εργασίας (σε ώρες)

Παρακολούθηση

Παραδόσεις:
60
Εργαστήρια:
4
Αίθουσα Η/Υ:
0
Φροντιστήρια:
0
Επισκέψεις σε Εργοστάσια:
0
Παρουσιάσεις:
0

Εκπόνηση

Μελέτη:
 60
Τεχνικές Αναφορές Εργαστηρίων:
2
Υπολογιστικές Εργασίες
0
Ασκήσεις:
30
Μελέτες (Projects):
0