1. HŐSUGÁRZÁS 1. Milyen hőterjedési formát nevezünk hőmérsékleti sugárzásnak? Hősugárzás az energia térbeli terjedésének elektromágneses hullámok formájában megvalósuló folyamata, ami közvetítő közeg szükségessége nélküli mechanizmus. E folyamat a hővezetéstől és hőszállítástól eltérő természetű, folyamatos energia átalakukás révén valósul meg, azaz a hő elektromágneses sugárzássá majd a tér egy másik pontján az elektromágneses sugárzás ismét hővé alakul. A terjedés mechanizmusából következően a hőmérsékletnek a terjedés irányában nem kell monoton csökkennie. (Például a Napból a Földre elektromágneses sugárzás formájában érkező energia döntő része a földfelszínen, illetve a légkörben hővé alakul.) A szobahőmérsékletű tárgyak esetében a hősugárzás szerepe sok esetben a többi energia terjedési formához képest elhanyagolható, de a hőmérséklet növekedésével egyre jelentősebbé válik. 2. Milyen kölcsönhatások lépnek fel sugárzás és anyag között? Egy test elektromágneses sugárzással szembeni makroszkopikus viselkedését jellemzi, hogy annak hányad részét nyeli el (abszorpció), hányad részét veri vissza (reflexió) és végül hányad részét engedi át (diatermia). Egy test sugárzással szembeni makroszkopikus viselkedése:
3. Mit nevezünk abszolút fekete, szürke, átlátszó, fehér és színes testnek? Az a=1, azaz az abszolút fekete test esetében mind a visszavert, mind az áteresztett hányada a sugárzásnak nulla. A fekete testre ε = a = 1, ami azt jelenti, hogy a fekete test nem csak a maximális elnyelő képességű test, hanem a maximális energia kibocsátó is. Abszolút fehér: minden sugárzást visszaver. Átlátszatlan testek esetén d=0, így a=1-r. (A hősugárzásra vonatkozóan a legtöbb szilárd test gyakorlatilag átlátszatlan.) Abszolút átlátszó: minden ráérkező sugárzást átereszt. Azokat a testeket melyek emissziós tényezője nem független λ-tól, színes testnek nevezzük. Amennyiben az emissziós tényező a hullámhossztól is független, a hősugárzás szempontjából szürke testről van szó. 4. Írja fel a hősugárzás KIRCHHOFF–féle törvényét! Milyen természeti törvényt fejez ki ez az egyenlet? Az emissziós és abszorpciós képesség közötti kapcsolatot a Kirchhoff törvény írja le, mely szerint a testeknek az adott irányú és hullámhosszúságú sugárzásra vonatkozó elnyelési (abszorpciós) és kibocsátási (emissziós) képessége azonos érték. Ebből a törvényszerűségből következik, hogy a fekete testre ε = a = 1, ami azt jelenti, hogy a fekete test nem csak a maximális elnyelő képességű test, hanem a maximális energia kibocsátó is. Mivel ez utóbbihoz viszonyítjuk a többi test sugárzását, az emissziós tényezőre fennáll, hogy ε < 1.
5. Mit fejez ki a STEFAN–BOLTZMANN egyenlet és milyen kapcsolatban áll ez a PLANCK-féle egyenlettel? A felületi energiasűrűség egységnyi hullámhosszra eső hányada a sugárzás intenzitása: dE . Iλ = dλ A fekete test egységnyi térszögre vonatkozó, tetszőleges irányban kibocsátott sugárzási intenzitásának meghatározására vonatkozó összefüggést Planck 1901-ben állította fel, 2hc 2 Ieλ , 0 = hc 5 λTk λ (e − 1) A Planck törvény szerint a fekete test diffúz (független az iránytól) sugárzó, és a kibocsátott energia nagymértékben függ a test abszolút hőmérsékletétől. A Planck törvény integrálásával (a görbék alatti területek meghatározásával), egy adott hőmérsékletű fekete testnek a teljes spektrumra vonatkoztatott felületi energia sűrűségét határozzuk meg, ez a Stafan-Boltzmann törvény: ∞
E e0 = ∫ πIeλω, 0dλ = σ0T 4 . 0
6. Értelmezze és magyarázza a WIEN–féle eltolódási törvényt! A görbék maximum helyeinek (az a hullámhossz, ahol az adott hőmérsékletű fekete test a maximális intenzitású sugárzást produkálja) hőmérséklettől való függését, a Wien féle eltolódási törvény írja le, λ max T =2.9 mmK, azaz minél magasabb hőmérsékletű a test, a maximális energiájú sugárzás az egyre rövidebb hullámhosszúság felé tolódik el.
7. Mit fejez ki a LAMBERT–féle cosinus törvény? A Lambert-féle cosinus törvény a diffúz sugárzók esetén egy tetszőleges F 1 felületű testről az r sugarú gömb érintősíkjában elhelyezett F 2 felületelemre és vissza sugárzott hőáram.
Ahol a kapcsos zárójelben lévő rész a ϕ 12 besugárzási tényező (térszögarány). Általános elhelyezkedésű testek esetén is használható a törvény, csak akkor a besugárzási tényező kiszámítása módosul (sokszor igen nehézkes).
8. Értelmezze a kölcsönös besugárzási tényező fogalmát és adja meg kiszámításának módját néhány egyszerű esetre! Kölcsönös besugárzási tényezőt a két test közötti hőáram meghatározásához szükséges. • síklapok esetén
• egymást burkoló felületek között
9. Értelmezze a térszögarány vagy sugárzási tényező (view factor) fogalmát! Hogyan használható ez tetszőleges helyzetű felületek közötti sugárzásos hőáram kiszámítására? Lásd 7. kérdés. A kifejezés csak a két test elhelyezkedésének (méret, alak, pozíció) függvénye amit térszögaránynak (pontosabban besugárzási tényező) nevezünk.
A térszögarány meghatározása képlet alapján adott esetben bonyolult, a kézikönyvekben különböző, gyakrabban előforduló kölcsönös helyzetben lévő felületek esetére vonatkozó értékét megtaláljuk. Ezután pedig visszahelyettesítünk a 7. kérdésben lévő egyenletbe és meghatároztuk a sugárzásos hőáramot. 10. Hogyan határozható meg egy test átlagos emissziós tényezője a teljes sugárzási spektrumra vonatkozólag? Valamennyi test hősugárzását az abszolút fekete testéhez viszonyítjuk, így: Ie ε λω = eλω , Iλω, 0 az összefüggéssel definiált tényezőt (relatív) emisszióképességnek vagy feketeségi foknak nevezzük. Induljunk ki a Stefan-Boltzmann- törvényből: ∞
E e0 = ∫ πIeλω, 0dλ = σ0T 4 . 0
Tegyük fel, hogy van egy testünk, melynek spektrális emissziós függvénye T hőmérsékleten a következő: ε 1 ha 0 ≤ λ ≤ λ1 ε λ = ε 2 ha λ 1 < λ ≤ λ 2 . ε ha λ < λ ≤ ∞ 2 3 Ekkor a Stefan-Boltzmann- törvényből kifejezve:
λ1
λ2
ε =
∞
ε1 ∫ E (λ , T )dλ + ε 2 ∫ E (λ , T )dλ + ε 3 ∫ E ( 0) (λ , T )dλ (0)
(0)
λ1
0
λ2
σ 0T Vegyük észre, hogy külön-külön elosztva az egyes tagokat éppen a fekete test sugárzási 4
λ
függvényét kapjuk, vagyis f λ (T ) =
( ) ∫ E (λ, T )dλ 0 λ
0
. A táblázatból megkereshetjük az abszolút σ0T 4 fekete test sugárzási függvényének számértékeit, és ebből megadhatjuk az átlagos relatív emisszió képességet: ε = ε 1 ⋅ f λ1 (T ) + ε 2 ⋅ ( f λ2 (T ) − f λ1 (T )) + ε 3 ⋅ ( f ∞ (T ) − f λ2 (T )) .
11. Értelmezze a hősugárzáshoz rendelt hőellenállást és adja meg (vezesse le) kiszámításának módját! A hősugárzás egyenletét úgy rendezzük át, hogy a jobb oldalon a hőmérsékletek különbsége maradjon, a hőáram mellet megjelenő tényezőt a hőátadás hőellenállásaként definiáljuk. A sugárzásos hőtranszporthoz rendelhető hőellenállás a következő képen írható fel: 1 . R sug = 3 T1 + T2 4σ0 A1ε1ε 2ϕ1, 2 2
2. IDŐBEN ÁLLANDÓSULT HŐVEZETÉS 12. Milyen hőterjedési módot nevezünk hővezetésnek? Hővezetés az energia térbeli terjedésének az a formája, amikor a hő egy közeg egyik magasabb hőmérsékletű - részéből annak másik része felé történő "áramlása" során a közeget alkotó részecskék elmozdulása nem számottevő, illetve rendezetlen. (Például az egyik végén melegített rúd másik vége is felmelegszik, az energia a rúd melegebb végétől hővezetéssel jut a másik végéhez.) A hővezetés konkrét mechanizmusa a különböző közegek esetében azonban lényegesen különbözik egymástól. Gázokban az atomok, molekulák rendezetlen mozgása miatti ütközéseknek (és a diffúzió) következtében terjed az energia. A fémekben a hő két párhuzamos, majdnem független mechanizmus révén terjed, egyrészt a kristály rácsot alkotó atomok rezgése által, másrészt a szabad elektronok diffúziója révén. A nem fémes anyagok és folyadékok esetén az energia terjedése rugalmas elemi hullámok révén valósul meg.
13. Írja fel és értelmezze a hővezetés FOURIER-féle alapegyenletét! Fourier törvénye szerint egy homogén testben a hőáram a csökkenő hőmérsékletek irányába mutat, arányos a terjedési irányú, hosszegységenkénti hőmérséklet-változással és az erre az irányra merőleges keresztmetszettel. Ez az összefüggés un. empirikus törvény, azaz a jelenség, itt a hővezetés, megfigyelésén alapul. • dt Q = −λF dx A Fourier törvényben bevezetett hővezetési tényező az anyag fizikai jellemzője, és azt fejezi ki, hogy mekkora a hőáramsűrűség 1 K/m hosszegységenkénti hőmérséklet-változás esetén, azaz: •
q . λ=− dt dx A hővezetési tényező számértéke az adott anyag szerkezetétől és termodinamikai állapotától függ. Meghatározása bonyolult, többnyire valamely hővezetési folyamat laboratóriumi körülmények között megvalósított mérési eredményei alapján történik. 14. Értelmezze a hőellenállás fogalmát! •
A hőáram számításának síkfalra vonatkozó egyenletét átrendezve Q
δ = t1 − t 2 , ahol λF
δ hőellenállást. A hőellenállás λF fogalmának alkalmazása a hőáram számításában igen hatékony. A különböző, összetett hőterjedési folyamatoknál a sorosan, ill. párhuzamosan kapcsolt ellenállásokra vonatkozó összegző összefüggések felhasználásával írhatjuk fel a szükséges számítási összefüggéseket, határozhatjuk meg a hőáramot, amint ezt a hőátvitel esetében is alkalmazni fogjuk.
az Ohm törvény analógiájára bevezetjük az R h =
15. Értelmezze és magyarázza a kontakt hőellenállás fogalmát! A réteges szerkezetekre ezek az összefüggések (hőellenállások meghatározása) csak akkor igazak, ha az egyes rétegek ideálisan kapcsolódnak egymáshoz, azaz a köztük lévő kontaktus a hőáram számára nem jelent ellenállást. Ez a feltételezés sok esetben nem tejesül. Ekkor a rétegek közötti kontaktus ellenállását is bele kell számolni, sorba kapcsolva az egyes rétegek ellenállásával. A kontaktus ellenállása abból adódik, hogy a rétegek a felületi érdességük miatt nem érintkeznek tökéletesen egymással, a fellépő rés átlagos (δ) vastagsága és a rést kitöltő anyag (λ) hővezetési tényezője ismeretében értéke megbecsülhető (R k ≈δ/λ), pontosan általában csak laboratóriumi mérésekkel tudjuk meghatározni. 16. Milyen szabályok érvényesek a hőellenállásokkal való műveletekre? A hőellenállás fogalmának alkalmazása a hőáram számításában igen hatékony. A különböző, összetett hőterjedési folyamatoknál a sorosan ill. párhuzamosan kapcsolt ellenállásokra vonatkozó összegző összefüggések felhasználásával írhatjuk fel a szükséges számítási összefüggéseket, határozhatjuk meg a hőáramot, amint ezt a hőátvitel esetében is alkalmazni fogjuk. A hőellenállások ugyanúgy alkalmazhatóak a számításban, mint a villamos ellenállások. Tehát az adott körülményeket megvizsgálva lehetnek párhuzamos, illetve soros hőellánállás kapcsolások. Ezekre is igaz, hogy a sorosak eredője a részek összege, míg a párhuzamosan kapcsolt esetben pedig az egyes tagok összegének reciproka az eredő reciprokával egyezik meg.
17. Oldja meg a hővezetés FOURIER-féle alapegyenletét homogén egyrétegű hengeres fal esetére! Adja meg és vázolja a hőmérsékleteloszlási függvényt! Fourier-féle hővezetés egyenlete hengerre: • dt Q = −λ 2rπl dr A differenciálegyenlet megoldása, szeparáció után: 1 λ 2πl dr = − • dt r Q
ln
r λ 2πl = − • (t − t1 ) r1 Q •
Q r t (r ) = t1 − ln λ 2πl r1 • λ 2πl (t − t1 ) Q=− r ln r1 Henger és gömb esetében a hőmérséklet-eloszlás:
18. Oldja meg a hővezetés FOURIER-féle alapegyenletét homogén egyrétegű gömbfal esetére! Adja meg és vázolja a hőmérsékleteloszlási függvényt!
19. Hogyan kell egy hővezető fal hőellenállását meghatározni, ha annak hővezetési tényezője a hőmérséklet függvénye?
20. Írja fel a borda hőmérsékleteloszlásának meghatározására szolgáló differenciálegyenletet állandó keresztmetszetű rúd esetére! Adja meg a peremfeltételeket különböző esetekre!
21. Értelmezze a bordaparaméter fogalmát!
22. Definiálja a bordahatásfok fogalmát!
23. Definiálja a borda hőellenállását! ??
ahogy a hossz nő, a hőmérséklet csökken…
24. Milyen összefüggés van a borda egyes jellemzőinek (pl. hossz, keresztmetszet, hővezetési tényező) változása és a bordahatásfok között?
ebből kell szerintem kihozni, hogy pl ha nő a hossz akkor a hatásfok…. A borda keresztmetszetét A, a keresztmetszet kerületét U-val jelöljük. 25. Milyen célokat szolgálhat a bordázat alkalmazása?
megnövelt felület által a hőátadás növelése. fokozott hűtés, ahol a hőleadás által vagy a felület hűtése a cél, vagy a hűtőközeg felfűtése(radiátor)
26. Írja fel a hővezetés általános differenciálegyenletét szilárd testre!
27. Mikor nevezünk két fizikai (hőtani) jelenséget hasonlónak?
28. Vázlattal és egyenlettel ismertesse a hővezetés általános differenciálegyenletének megoldása során alkalmazott elsőfajú peremfeltételt! 29. kérdés (vázlat)+30. kérdés29. Vázlattal és egyenlettel ismertesse a hővezetés általános differenciálegyenletének megoldása során alkalmazott másodfajú peremfeltételt!
30. Vázlattal és egyenlettel ismertesse a hővezetés általános differenciálegyenletének megoldása során alkalmazott harmadfajú peremfeltételt!
síkfalra
31. Mit nevezünk az időben változó hővezetési probléma alapmegoldásának?
A t(r,τ) megoldást két függvény szorzataként feltételezzük,
32. Ismertesse a hővezetés általános differenciálegyenletének megoldási módszerét és valamely megoldásfüggvény szerkezetét! Az időben változó hővezetési feladat megoldása azt jelenti, hogy meghatározzuk azt a t(r,τ ) függvényt mely megoldásfüggvénye a hővezetés differenciálegyenletének, továbbá kielégíti az adott feladatban szereplő test (tartomány) határán érvényes, a test és a környezete közötti kölcsönhatásokat leíró un. peremfeltételi egyenleteket is. általánosan így fogalmazható meg: 33. Ismertesse az időben állandósult hővezetési feladat egy tetszőleges numerikus megoldási módszerét! 9 fejezetben vannak módszerek, de a numerikusra ott a solidworks 34. Ismertesse az időben változó hővezetési feladat egy tetszőleges numerikus megoldási módszerét! ua mint előbb, de nem hiszem h pont ilyenbe fog belemenni….
35. Definiálja a FOURIER-számot! Milyen fizikai értelmezése van ennek a hasonlósági számnak?
A bevezetett Fo dimenziótlan mennyisséget FOURIER számnak nevezzük. A Fo szám a hőmérséklet-eloszlások időbeli hasonlósági kritériuma 36. Definiálja a BIOT-számot! Milyen fizikai értelmezése van ennek a hasonlósági számnak?
A (8.30) egyenlet jobboldalán álló dimenziótlan mennyiséget, BIOT-számnak nevezzük, jelölése Bi. Az αL/λ számérték azonossága esetén a dimenziótlan hőmérséklet aránya a dimenziótlan hőmérséklet-differenciálhányadoshoz azonos.
5. HŐÁTADÁS HALMAZÁLLAPOTVÁLTOZÁS NÉLKÜL 37. Írja fel és értelmezze a hőátadás NEWTON-féle alapegyenletét! A hőátadás alapegyenlete NEWTON nyomán:
ahol: Q a szilárd test felszínéről a folyadéknak átadott hő, Joule F a folyadékkal érintkező felület, m2 tw a test felszínének hőmérséklete, °C, vagy K tfoly a folyadék hőmérséklete, °C, vagy K α a hőátadási tényező, W/m2K τ idő, sec A hőátadást tehát alapvetően az energia különböző halmazállapotú közegek határán keresztüli terjedése jellemzi és egy bonyolult és összetett folyamat. A leggyakrabban egy szilárd felszín és valamely áramló gáz vagy folyadék közötti hőátadás történik, de a gázáram és folyadék felszín közötti hőátadás is gyakori folyamat. 38. Írja fel és értelmezze a hőátadási tényező NUSSELT-féle definiáló egyenletét!
Az előbbi, (10.6) összefüggést a konvektív hőátadás NUSSELT–féle differenciálegyenletének nevezzük. A (10.5) összefüggésünknél elmondottak általánosítását fejezi ki, azaz, valamennyi határréteges áramlás esetében a
határfelület közvetlen közelében a folyadékban is hővezetés történik, a határfelületre merőleges irányban. 39. Magyarázza meg a hasonlóságot és a különbséget a harmadfajú peremfeltétel egyenlete és a NUSSELT-egyenlet között! ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 40. Mely egyenletekből álló egyenletrendszert kell ahhoz megoldanunk, hogy az áramló közeg hőfokeloszlását megkapjuk? Mi ezen egyenletek fizikai tartalma?
A (10.9) egyenlet, NEWTON második törvényét fejezi ki, azaz a baloldalon szereplő, a folyadék tömegének és gyorsulásának szorzata egyenlő, a jobb oldalon álló, F-el jelölt térerők, a nyomóerők és a súrlódási erők eredőjével. 41. Magyarázza meg a különbséget a kényszerített és a természetes áramlás között! Hol és hogyan jelentkezik ez a különbség az áramló közeg hőfokmezőjét leíró egyenletrendszerben? A közeg áramlását a hőmérséklet-különbség miatti sűrűség változásból származó felhajtó erő okozza-e – ekkor szabad áramlásnak – amennyiben valamilyen külső mechanikai hatás az áramlás okozója, kényszerített áramlásnak nevezzük a jelenséget. ??????????????????????????? 42. Ismertesse azokat a közelítéseket, melyeket az áramló közeg hőfokmezőjének meghatározásakor alkalmazunk! ????????????????????????????????????????????????????????????????? 43. Mi a határréteg? Értelmezze a termikus, hidraulikus, lamináris és turbulens határréteg fogalmát! Azt a felszínre merőleges távolságot, ahol a sebesség eléri a zavartalan áramlás értékének egy meghatározott %-át, (pl. 99%-át) a határréteg vastagságának (δx) nevezzük.
Termikus határréteg vastagságát egy önkényesen megszabott határértékhez (pl. 1%) köthetjük. A síklap melletti áramlásnál (10.1. ábra) a fal mellett kialakuló lamináris határréteg az áramlás irányában a belépő éltől fokozatosan vastagodik, a jellegzetes sebesség profilt tüntettük fel az (1) pontban. Az x növekedésével egy adott helyen (2) pont a határréteg egyensúlya megbomlik és megjelenik a turbulens határréteg, ugyanakkor megmarad egy lamináris alapréteg a fal mellett. A (3) pontban e tartományra jellemző sebesség profilt ábrázoltuk. A hőátadási tényező a síklap mentén folyamatosan csökken a határréteg vastagságának növekedésének megfelelően. A (2) pont helye függ a belépési él kialakításától, a felület érdességétől, valamint az áramlás belépés előtti turbulenciájától is. 44. Az alábbi ábra mutatja a hőfokeloszlást az áramló közegekben és az azokat elválasztó falban. A fal melyik oldalán nagyobb a hőátadási tényező? Válaszát indokolja!
??????????????????????????????????????????????????????????????????? 45. Definiálja a REYNOLDS-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz?
A (10.15) összefüggés a tehetetlenségi és a súrlódási erők viszonyát fejezi ki, amit REYNOLDS kritériumnak nevezzük, és a belőle származtatott dimenziótlan mennyiséget pedig REYNOLDS számnak nevezzük:
46. Definiálja a PRANDTL-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz? A hőfokmező és a sebességmező közötti kapcsolatot szabja meg.
47. Definiálja a PECLET-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz? A hőmérséklet-eloszlások hasonlóságát megfogalmazó kritérium:
lesz, amiből a PECLET-ről elnevezett Pe számot kapjuk:
48. Definiálja a GRASSHOFF-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz? Fizikailag ez utóbbi hányados a viszkózus erők és a felhajtóerők közötti arányt fejezi ki, azaz
A (10.30) hasonlósági kritériumból a természetes áramlásoknál kényelmetlen közepes sebességet eltüntethetjük, ha (10.30) kritériumot ismételten elosztjuk a (10.29) összefüggéssel, eredményül a GRASHOF-ról elnevezett kritériumot kapjuk:
49. Definiálja a NUSSELT-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz? A hőátadás hasonlósági kritériuma:
50. Hogyan lehet a nyomásesés méréséből a hőátadási tényező értékére következtetni csőben történő kényszerített áramlás esetén? 51. Milyen sajátosságokat kell figyelembe venni határolt térben, természetes áramlás esetén történő hőátadás vizsgálatánál? Hőáramsűrűség az egymáshoz közel fekvő sík lapok vagy hengerfelületek által határolt résen keresztül:
7. HŐÁTVITEL ÉS HŐCSERÉLŐK 58. Definiálja a hőátviteli tényezőt (k vagy U)! Adja meg kiszámításának módját különféle esetekre (síkfal, vastagfalú cső, bordázott testek stb.)! A hőterjedés együttes folyamatát, amikor pl. hőátadás, hővezetés és ismételt hőátadás történik, hőátvitelnek nevezzük. A hőátviteli tényező jele: k (U). Az eredő hőellenállás reciprok mennyiségét egy F v felület és egy a hőátadási tényezővel megegyező dimenziójú mennyiség szorzataként felírva eljutunk a k hőátviteli tényezőhöz:
Síkfalra:
Hengeres falra:
59. Milyen módszerekkel, mely helyeken történő beavatkozásokkal fokozható a hőátvitel intenzitása? - hőátadási tényező hatása: k értéke mindig kisebb, mint a kisebbik hőátadási tényező, így ennek növelése célszerű a hőátvitel erősítése végett.
Ha az α 1 értéke jóval kisebb mint α 2 , akkor α 1 -et növelve a k értéke gyorsan nő, míg α 1 egyenlő nem lesz α 2 -vel. Ezt követően az α 1 növelésével a k növedése lelassul, majd pedig jelentéktelenné válik. Tehát ha a hőátadási tényezők közel azonosak, a hőátvitel intenzitásának erősítését bármelyikük növelésével kiválthatjuk, azonban ha nagyon különböznek egymástól, célunkat elérni csak a kisebbik hőátadási tényező növelésével tudjuk. - Hőellenállás hatása: Hőellenállás nélkül a fenti képletet használhatjuk (k 0 ), hőellenállással ezt:
A kettő hányadosa: k/k 0 :
A hőellenállás növekedése annál jelentősebben csökkenti a hőátviteli tényező értékét, minél nagyobb a k 0 értéke.
60. Vázlat segítségével ismertesse egy sík fal falhőmérsékleteinek megszerkesztését hőátvitel esetére, ha ismertek a fal jellemzői, az áramló közegek hőmérsékletei a faltól távol, valamint a hőátadási tényezők! 61. Ismertesse a hőcserélők típusait és az egyes típusok főbb jellegzetességeit! - Rekuperatív működésű az a hőcserélő, amelyben a különböző hőmérsékletű közegek egyidejűleg vannak jelen. A hőátvitelnél a hőáram nagyságát döntően befolyásoló három tényező a felület, a hőmérséklet-különbség és a hőátviteli tényező nagysága. Lehet: egyenáramú, ellenáramú vagy keresztáramú a hőcserélő. - Regeneratív működésű az a berendezés melyben a különböző hőmérsékletű közegek felváltva érintkeznek a hőátadó felülettel. Ezeket a készülékeket a nagy tömegű és felületű ún. mátrix vagy töltet jellemzi. A töltetnek a melegebb közeggel való érintkezése a hőfelvétel (töltés) szakasza, a hidegebb közegnek ugyanezen felületekkel való érintkezése a hőleadás (kisütés) szakasza. A működés során e két folyamat (a töltet szempontjából) periodikusan ismétlődik. - Keverő hőcserélőkben a különböző hőmérsékletű közegek hőátadó felület közbeiktatódása nélkül, közvetlenül érintkeznek. A keverő hőcserélőkben a szétporlasztott cseppek felületén játszódik le a hőátadás. 62. Ismertesse a hőcserélők méretezésének módszereit! - Méretezés a logaritmikus közepes hőmérséklet-különbség alapján. - Méretezés a hőcserélő hatásosság alapján. 63. Értelmezze a BOŠNJAKOVIĆ-féle hatásosság fogalmát és adja meg a Φ– tényező kiszámítására szolgáló összefüggést egy tetszőleges hőcserélő esetére! A kisebb hőkapacitás áramú közeg hőmérséklet változásának és a közegek belépéskori hőmérséklet különbségének hányadosa:
64. Hogyan számítható egy hőcserélő logaritmikus hőmérséklet különbsége? Vázlatban mutassa meg a kifejezésben szereplő tényezők jelentését a.) egyenáramú; b.) ellenáramú c.) keresztáramú hőcserélő esetében! A hőcserélő két végén mért közeghőmérséklet különbségek logaritmikus közepével arányos a hőáram. Ezt a középértéket logaritmikus közepes hőmérsékletkülönbségnek nevezzük, azaz:
65. Rajzolja fel a hőfokeloszlást hőmérséklet-felület diagramban többféle (véges és végtelen felületű), tetszőleges egyen- és ellenáramú hőcserélő készülék esetére (a két közeg hőkapacitás-árama nem egyenlő)! 66. Rajzolja fel a hőfokeloszlást hőmérséklet-felület diagramban többféle, tetszőleges (véges és végtelen felületű) egyen- és ellenáramú hőcserélő készülék esetére (a két közeg hőkapacitás-árama egyenlő)!
67. Rajzolja fel különböző kapcsolású és végtelen nagy felületű hőcserélő készülékek hőmérséklet-felület diagramját! Értelmezze az egyes esetekre a BOŠNJAKOVIĆ-féle hatásosságot!
A legnagyobb hatásosság a W 1 /W 2 =0 esetén érhető el. Ez azt jelenti, hogy az egyik közeg hőmérséklet változása zérus értékű mert a hőkapacitás-árama ∞, (pl. halmazállapot-változás történik) és ekkor a közegek egymáshoz viszonyított áramlásának iránya a hőmérséklet eloszlás és a hőáram meghatározása szempontjából közömbös. A hatásosság legkisebb értékei a W 1 /W 2 =1 értékhez tartoznak. Ekkor a két közeg hőmérsékletváltozása azonos, mivel a hőkapacitás-áramuk azonos. 68. Milyen hőcserélő kialakítás és milyen egyéb feltételek teljesülése szükséges a reverzibilis (megfordítható) hőcsere megvalósításához? ???Keverő, vagy végtelen nagy felületű hőcserélővel érhető el közel reverzibilis hőcsere.???
