Σκοπός του μαθήματος είναι η παρουσίαση των βασικών θεωρητικών αρχών και η εξοικείωση του φοιτητή στο γνωστικό αντικείμενο της Μετάδοσης Θερμότητας και προσανατολίζεται σε δύο κύριες βασικές κατευθύνσεις. Η πρώτη έχει σαν σκοπό την περιγραφή, διατύπωση και βαθύτερη κατανόηση των βασικών φυσικών θεωρητικών αρχών και ποιοτικών ενορατικών νόμων με στόχο την ανάπτυξη της κριτικής σκέψης, της δημιουργικότητας και τής εξοικείωσης των φοιτητών στην απόδοση φυσικής ερμηνείας των φαινομένων που διέπουν την λειτουργία και ενεργειακή συμπεριφορά των διατάξεων και συστημάτων με τα οποία ασχολείται η επιστήμη της Μετάδοσης Θερμότητος. Η δεύτερη είναι η διατύπωση ποσοτικών μαθηματικών νόμων και η εξοικείωση με απλές υπολογιστικές αρχές που διέπουν τους επί μέρους μηχανισμούς Μετάδοσης Θερμότητος, προσφέροντας υπολογιστικές δεξιότητες και επιτρέποντας στους φοιτητές τον άμεσο θεωρητικό προσδιορισμό ενεργειακών μεγεθών και την πρόβλεψη της Θερμικής συμπεριφοράς των συστημάτων. Η εξοικείωση του φοιτητή με τους σκοπούς αυτούς που είναι και οι κύριοι άξονες ανάπτυξης του μαθήματος, του επιτρέπουν την κατανόηση, αντιμετώπιση και υπολογιστική επίλυση συνδυασμένων πρακτικών προβλημάτων Μετάδοσης Θερμότητος που απαντώνται σε πλειάδα εφαρμογών της σύγχρονης ενεργειακής τεχνολογίας. Επιτρέπουν επίσης την συνειδητοποίηση της τάξης μεγέθους των εξαγόμενων υπολογιστικών αποτελεσμάτων και την καλλιέργεια ικανότητας επιστημονικής κρίσης και δημιουργικής φαντασίας στην κατανόηση της λειτουργίας, την μελέτη και σχεδίαση θερμικών συστημάτων και εγκαταστάσεων με κύριο σκοπό την εξοικονόμηση και ορθολογική χρήση ενέργειας.

Περιγραφή του μαθήματος

Θεωρητικό Μέρος Μαθήματος

Μηχανισμοί Μετάδοσης Θερμότητος, Αγωγή, Θερμική αντίσταση απλού και σύνθετου επιπέδου τοιχώματος, Θερμική αντίσταση απλού και συνθέτου κυλινδρικού και σφαιρικού τοιχώματος, Κρίσιμο πάχος μόνωσης. Θερμική αντίσταση επαφής. Μεταβατικά φαινόμενα, Μετάβαση στην μόνιμη κατάσταση, μεταβατικά φαινόμενα θέρμανσης και ψύξης επίπεδης πλάκας άπειρης έκτασης, απείρου κυλίνδρου και σφαίρας. "ιαγράμματα Heisler. Θερμοαπαγωγά πτερύγια, μορφή, σχεδίαση και υπολογισμός θερμοαπαγωγών πτερυγίων. Εναλλάκτες θερμότητος και ταξινόμηση. Τύπος ομοαξονικών σωλήνων, τύπος κελύφους-αυλών, σταυρορροής. Πτερυγιοφόροι και πλακοειδείς εναλλάκτες θερμότητος. Ισχύς και θερμικό ισοζύγιο και υπολογισμός εναλλακτών θερμότητος. Η μέθοδος της μέσης Λογαριθμικής Θερμοκρασιακής διαφοράς, Η μέθοδος NTU. Συναγωγή, φυσική προσέγγιση του φαινομένου και η σημασία των αδιάστατων αριθμών, η ανάπτυξη του υδροδυναμικού και θερμικού οριακού στρώματος. Βεβιασμένη συναγωγή για παράλληλη ροή σε επίπεδη πλάκα, εγκάρσια ροή σε κύλινδρο, δέσμες κυκλικών σωλήνων και σφαίρα. Υπολογισμός του συντελεστή συναγωγής για εσωτερική ροή σε σωλήνες, Φυσική συναγωγή, φυσική προσέγγιση και η σημασία του αριθμού Grashof. Γενικευμένη συσχέτιση του αριθμού Nusselt, Ειδικότερες περιπτώσεις. Ακτινοβολία, το Μέλαν Σώμα, Ιδιότητες της επιφάνειας Μέλανος Σώματος, ο Νόμος του Plank. Νόμος μετατοπίσεως του Wien. Νόμος Stefan-Boltzmann. Η προσέγγιση του φαιού σώματος και οι ιδιότητες ακτινοβολίας των φυσικών επιφανειών. Φασματικός και ολικός συντελεστής εκπομπής, φασματικός και ολικός συντελεστής απορρόφησης, ανάκλασης και διάβασης, νόμος του Kirchhoff. Συναλλαγή Θερμότητος με ακτινοβολία, συντελεστής πρόσπτωσης, σχέσεις μεταξύ συντελεστών πρόσπτωσης. "ιερεύνηση του νόμου συναλλαγής Θερμότητος με ακτινοβολία, συναλλαγή θερμότητος με τον ουράνιο θόλο, ισοδύναμη θερμοκρασία του ουρανού. Συνδυασμένα φαινόμενα Μετάδοσης Θερμότητος με αγωγή, συναγωγή και ακτινοβολία και εφαρμογές.

Εργαστηριακό Μέρος Μαθήματος

Περιλαμβάνει την συμμετοχή των φοιτητών στην διδασκαλία εργαστηριακών ασκήσεων και συνεισφέρει αποφασιστικά στην ζεύξη μεταξύ θεωρητικής διδασκαλίας και εφαρμογών στο επίπεδο λήψης διαχείρισης και αξιοποίησης μετρήσεων θερμικών μεγεθών σε διδακτικές συσκευές. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων αξιοποιούνται στην διεξαγωγή υπολογισμών μονοδιάστατης ροής θερμότητας σε επίπεδα και κυλινδρικά κελύφη συστημάτων σε μόνιμη και μεταβατική κατάσταση. Στα πλαίσια του μαθήματος διδάσκονται επίσης εργαστηριακές ασκήσεις που περιλαμβάνουν μετρήσεις και τυπικούς υπολογισμούς του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας και συντελεστή συναγωγής με την παραδοχή του μοντέλου συγκεντρωμένης χωρητικότητας, μελέτες και υπολογισμούς θερμικών ισοζυγίων συστημάτων και συσκευών συναλλαγής θερμότητος διαφόρων τύπων που υπόκεινται σε συνδυασμένα φαινόμενα μετάδοσης θερμότητοςμε αγωγή, βεβιασμένη και φυσική συναγωγή και ακτινοβολία. Σε κάθε περίπτωση τα μετρητικά αποτελέσματα αξιοποιούνται από τους φοιτητές για την διεξαγωγή υπολογισμών σύμφωνα με το θεωρητικό μέρος κάθε άσκησης και την διδασκόμενη θεωρία. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών υποβάλλονται για αξιολόγηση από τους φοιτητές μέσω τεχνικών εκθέσεων που παραδίδονται σε τασσόμενες χρονικές προθεσμίες. Στο τέλος του προγράμματος οι φοιτητές υποβάλλονται σε γραπτή αξιολόγηση και ο τελικός προαγωγικός βαθμός μαθήματος προκύπτει σαν συνδυασμός της μέσης βαθμολογίας των τεχνικών εκθέσεων και της τελικής γραπτής αξιολόγησης.

Αναμενόμενα Μαθησιακά Αποτελέσματα

Μετά το τέλος του μαθήματος οι φοιτητές θα είναι σε θέση :

• Να κατανοούν τις βασικές αρχές και τους φυσικούς νόμους που διέπουν τους θεμελιώδεις μηχανισμούς μετάδοσης θερμότητος και να αποδίδουν την φυσική ερμηνεία της παραμετρικής επίδρασης της μεταβολής των φυσικών μεγεθών που καθορίζουν την συναλλαγή θερμότητος σε φυσικά συστήματα και συσκευές της ενεργειακής τεχνολογίας.
• Να διεξάγουν με ευχέρεια βασικούς ενεργειακούς υπολογισμούς και να διαθέτουν την αίσθηση της τάξης μεγέθους των αποτελεσμάτων που αφορούν συναλλαγή θερμότητος με συνδυασμένα φαινόμενα αγωγής, συναγωγής και ακτινοβολίας σε συσκευές και εγκαταστάσεις.
• Να γνωρίζουν τα βασικά όργανα και συσκευές θερμικών μετρήσεων και να διαθέτουν την βασική εποπτεία λήψης, διαχείρισης και αξιοποίησης των μετρητικών αποτελεσμάτων στην διεξαγωγή βασικών υπολογισμών θερμικών ισοζυγίων και απωλειών.

Βιβλιογραφία

Ελληνική:

1. Σημειώσεις από τις παραδόσεις του μαθήματος ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΟΣ, Π.Θ.Τσιλιγγίρης, ΤΕΙ Αθήνας, 2007.
2. Σημειώσεις εργαστηρίου ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΟΣ, Π.Θ.Τσιλιγγίρης, ΤΕΙ Αθήνας, 2005
3. ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ, D.Pitts, L.Sissom, (Ελληνική μετάφραση σειρά Schaum, Έκδοση Τζιόλα,Θεσσαλονίκη, 2001.

Ξενόγλωσση:

1. Fundamentals of Heat & Mass Transfer, F.P.Incropera,D.P.Witt, John Wiley & Sons, 1985
2. Heat Transfer, A Practical Approach, Y.A.Cengel, McGraw-Hill Inc. 1998.
3. Heat Transfer, A. Bejan, John Wiley & Sons Inc. 1993.
4. Heat Transfer, D.R.Pitts, L.E.Sissom, McGraw Hill Shaum’s Outline Series, 1977.
5. Principles of Heat Transfer, F.Kreith, Harper International Editions, 1973.
6. Analysis of Heat & Mass Transfer, E.R.G.Eckert, R.M.Drake, McGraw-Hill Kogakusha, 1972.