Detail předmětu

Termomechanika

FAST-BTA015Ak. rok: 2022/2023

Předmět je zaměřen na oblast termomechaniky, přenosu tepla a látky a mechaniky tekutin pro inženýrské aplikace.

Problematika výměny tepla v oborech technických zařízení budov, tepelné vlastnosti látek, elementární tepelné děje. Vodní pára a její stavy. Tepelné procesy, jejich dynamika a aplikace v technických zařízeních budov. Stacionární a nestacionární vedení tepla, analytická a numerická řešení. Přestup tepla při volné a nucené konvekcí teplonosných látek. Výměna tepla při skupenských změnách teplonosných látek. Přenos tepla radiací. Základy výměníků tepla pro TZB. Speciální problémy při přenosu tepla a látky v technickém zařízení budov.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Ondřej Šikula, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav technických zařízení budov (TZB)

Prerekvizity

Znalost základních fyzikálních veličin, teorií (kinetická teorie plynů, základní stavové rovnice látek) a fyzikálních zákonů z oblasti přenosu tepla a látky. Základní znalost integrálního a diferenciálního počtu.

Osnovy výuky

1. Úvod do termomechaniky, zákony termodynamiky, termomechanické veličiny, termomechanické vlastnosti látek, tepelné diagramy, základní termodynamické děje.
2. Stacionární vedení tepla, tepelně-technické vlastnosti látek, Fourierův zákon, rovnice tepelné difuze, stacionární vedení tepla válcovou stěnou a rovinnou s vnitřním zdrojem tepla, minimální a kritická tloušťka izolace potrubí.
3. Nestacionární vedení tepla, kritéria termomechanické podobnosti při vedení tepla. Symetrické chladnutí a ohřev stěny a válce. Chladnutí a ohřev polomasivu. Vedení tepla žebrem.
4. Přestup tepla při přirozené a nucené konvekci. Kritéria termomechanické podobnosti při přestupu tepla. Přestup tepla při vnějším nuceném proudění. Nucená a přirozená konvekce v uzavřeném v potrubí.
5. Přenos tepla sáláním. Optické vlastnosti povrchů. Zákony záření.
6. Sdílení tepla při skupenských změnách. Skupenské změny tání – tuhnutí, vypařování – kondenzace. Fáze varu a kondenzace tekutin. Konvektivní var a kondenzace v potrubí.
7. Výměníky tepla. Souproudý, protiproudý, křížový a přepínací výměníky. Metody výpočtů výměníků NTU a LMTD.
8. Hydrostatika a relativní klid tekutin.
9. Hydrodynamika. Rovnice kontinuity, Eulerova, Navier-Stokesova a Bernulliho rovnice. Principy měření rychlosti a tlaku.
10. Laminární a turbulentní proudění tekutin. Darcy-Weisbachova a Reynoldsova rovnice.
11. Tlakové ztráty potrubí. Hydraulicky hladké a drsné potrubí. Výtok vody z nádoby.
12. Neustálený pohyb tekutin. Dvoufázové proudění s volnou hladinou.
13. Vnitřní a vnější aerodynamika. Potenciální proudění, volný proud, obtékání těles, Magnusův jev, vzájemné působení proudů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

DRÁBKOVÁ, Sylva, 2008. Mechanika tekutin. 1. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita. ISBN 978-80-248-1508-4. Dostupné také z: https://cdrive.vsb.cz/index.php/s/TSQKDOuJhZFnyI6 (CS)
GEBAUER, Günter, 1996. Termika pro TZB. Základní úlohy v příkladech. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 56 s. ISBN 80-214-0745-X. (CS)
INCROPERA, Frank P., David P. DEWITH, Theodore L. BERGMANN a Lavine ADRIENNE S., 2007. Introduction to heat transfer. 5th ed. Danvers: John Wiley, 901 s. ISBN 978-0-471-45727-5. (EN)
VDI-Wärmeatlas: Berechnungsblätter für den Wärmeübergang, 2002. 9., überarb. und erw. Aufl. Berlin: Springer, 1 sv. (různé stránkování). ISBN 35-404-1200-X. (DE)
2021 ASHRAE Handbook -- Fundamentals (SI), 2021. Atlanta: ASHRAE. ISBN 978-1-947192-90-4. (EN)
JANALÍK, Jaroslav a Pavel ŠŤÁVA. MECHANIKA TEKUTIN. 1. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita. Dostupné také z: https://cdrive.vsb.cz/index.php/s/xb3FjosMqUXlaiS (CS)
JÍCHA, Miroslav, 2001. Přenos tepla a látky. Brno: CERM, 160 s. ISBN 80-214-2029-4. (CS)
NAKAYAMA, Y. a R. F. BOUCHER, 1999. Introduction to fluid mechanics. New York. ISBN 03-406-7649-3. (EN)
PAVELEK, Milan, 2011. Termomechanika. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 192 s. ISBN 978-80-214-4300-6. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-EVB bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Ondřej Šikula, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do termomechaniky, zákony termodynamiky, termomechanické veličiny, termomechanické vlastnosti látek, tepelné diagramy, základní termodynamické děje. 2. Stacionární vedení tepla, tepelně-technické vlastnosti látek, Fourierův zákon, rovnice tepelné difuze, stacionární vedení tepla válcovou stěnou a rovinnou s vnitřním zdrojem tepla, minimální a kritická tloušťka izolace potrubí. 3. Nestacionární vedení tepla, kritéria termomechanické podobnosti při vedení tepla. Symetrické chladnutí a ohřev stěny a válce. Chladnutí a ohřev polomasivu. Vedení tepla žebrem. 4. Přestup tepla při přirozené a nucené konvekci. Kritéria termomechanické podobnosti při přestupu tepla. Přestup tepla při vnějším nuceném proudění. Nucená a přirozená konvekce v uzavřeném v potrubí. 5. Přenos tepla sáláním. Optické vlastnosti povrchů. Zákony záření. 6. Sdílení tepla při skupenských změnách. Skupenské změny tání – tuhnutí, vypařování – kondenzace. Fáze varu a kondenzace tekutin. Konvektivní var a kondenzace v potrubí. 7. Výměníky tepla. Souproudý, protiproudý, křížový a přepínací výměníky. Metody výpočtů výměníků NTU a LMTD. 8. Hydrostatika a relativní klid tekutin. 9. Hydrodynamika. Rovnice kontinuity, Eulerova, Navier-Stokesova a Bernulliho rovnice. Principy měření rychlosti a tlaku. 10. Laminární a turbulentní proudění tekutin. Darcy-Weisbachova a Reynoldsova rovnice. 11. Tlakové ztráty potrubí. Hydraulicky hladké a drsné potrubí. Výtok vody z nádoby. 12. Neustálený pohyb tekutin. Dvoufázové proudění s volnou hladinou. 13. Vnitřní a vnější aerodynamika. Potenciální proudění, volný proud, obtékání těles, Magnusův jev, vzájemné působení proudů.

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Uher, Ph.D.
Ing. Petr Blasinski, Ph.D.
Ing. Lucie Horká, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do termomechaniky, zákony termodynamiky, termomechanické veličiny, termomechanické vlastnosti látek, tepelné diagramy, základní termodynamické děje. 2. Stacionární vedení tepla, tepelně-technické vlastnosti látek, Fourierův zákon, rovnice tepelné difuze, stacionární vedení tepla válcovou stěnou a rovinnou s vnitřním zdrojem tepla, minimální a kritická tloušťka izolace potrubí. 3. Nestacionární vedení tepla, kritéria termomechanické podobnosti při vedení tepla. Symetrické chladnutí a ohřev stěny a válce. Chladnutí a ohřev polomasivu. Vedení tepla žebrem. 4. Přestup tepla při přirozené a nucené konvekci. Kritéria termomechanické podobnosti při přestupu tepla. Přestup tepla při vnějším nuceném proudění. Nucená a přirozená konvekce v uzavřeném v potrubí. 5. Přenos tepla sáláním. Optické vlastnosti povrchů. Zákony záření. 6. Sdílení tepla při skupenských změnách. Skupenské změny tání – tuhnutí, vypařování – kondenzace. Fáze varu a kondenzace tekutin. Konvektivní var a kondenzace v potrubí. 7. Výměníky tepla. Souproudý, protiproudý, křížový a přepínací výměníky. Metody výpočtů výměníků NTU a LMTD. 8. Hydrostatika a relativní klid tekutin. 9. Hydrodynamika. Rovnice kontinuity, Eulerova, Navier-Stokesova a Bernulliho rovnice. Principy měření rychlosti a tlaku. 10. Laminární a turbulentní proudění tekutin. Darcy-Weisbachova a Reynoldsova rovnice. 11. Tlakové ztráty potrubí. Hydraulicky hladké a drsné potrubí. Výtok vody z nádoby. 12. Neustálený pohyb tekutin. Dvoufázové proudění s volnou hladinou. 13. Vnitřní a vnější aerodynamika. Potenciální proudění, volný proud, obtékání těles, Magnusův jev, vzájemné působení proudů.