EMTS2300 Varmetransport Emneplan

Emnet tar sikte på å gi studenten en innføring i varmetransport og en grunnleggende forståelse for transportprosessene for varme. Praktiske anvendelser kan være dimensjonering av komponenter i varme- og kjøleanlegg (for eksempel varmevekslere), beregning av bygningers varmebehov. Emnet bygger på kunnskap fra EMTS1400 Termodynamikk og EMTS2200 Strømningsteknikk.

Ingen ut over opptakskrav.

Etter å ha gjennomført dette emnet har studenten følgende læringsutbytte, definert som kunnskap, ferdigheter og generell kompetanse:

Kunnskap

Studenten:

• har tilegnet seg de sentrale begrepene innenfor varmetransport, samt prinsippene for de ulike transportformene
• kjenner og kan utlede varmeledningsligningen (3-dimensjonal, transient) med grensebetingelser og initialbetingelse
• har kunnskap om stasjonær varmeledning (1- og 2-dimensjonal) i kartesiske koordinater, sylinderkoordinater.
• kan behandle indre varmekilder og benytte termiske nettverk
• kjenner til transient (ikke-stasjonær) varmeledning, og kan regne på enkle problemer (Lumped system, null-dimensjonalt)
• kan benytte numeriske metoder for varmeledningsberegninger (1-, 2- eller 3-dimensjonalt, transient), v.h.a. finite difference-metoden
• kan beherske eksplisitt og implisitt formulering av transiente problem
• kan gjøre beregninger av ekstern og Intern tvungen konveksjon, behandle grensesjikt og tegne hastighets- og temperaturprofil. Empiriske korrelasjoner blir benyttet
• kan analysere varmevekslere arrangert i medstrøm og motstrøm, ved å benytte logaritmisk midlere temperaturdifferanse og ε-NTU metodene . Kjenner til behandling av beleggdannelse
• har innsikt i enkel strålingsfysikk og termisk stråling mellom faste flater. Sorte/grå flater behandles, bl.a. ved bruk av elektrisk analogi for beregninger

Ferdigheter

Studenten kan:

• utføre nødvendige beregninger for ingeniørmessig analyse av varmetransport i praktiske konstruksjoner, deriblant bygninger og varmevekslere, og i naturen for øvrig
• beregne varmeledning i faste legemer, for eksempel i vegger (varmestrøm og temperaturfelt)
• beregne konvektiv varmetransport (konveksjon) mellom fast legeme og fluid
• beregne varmeutveksling mellom faste flater ved hjelp av termisk stråling
• beregne varmeoverføring mellom varmt og kaldt fluid i varmevekslere

Generell kompetanse

Studenten kan:

• bidra i arbeidet med å utvikle ny teknologi med bakgrunn i en forståelse for matematisk modellering og løsning av fysiske problemer
• løse koblede problemer knyttet til både varmetransport, termodynamikk og fluidmekanikk (strømningslære). Dette vil være et grunnlag for beregning av for eksempel et byggs effekt- og energibehov
• vurdere om beregningsresultater er rimelige

Forelesninger, individuelle regneøvinger, laboratoriearbeid.

Følgende arbeidskrav er obligatorisk og må være godkjent for å fremstille seg til eksamen:

• 8 av 12 regneøvinger
• 2 laboratorieøvelser i gruppe

Individuell skriftlig eksamen under tilsyn på 3 timer.

Eksamensresultat kan påklages.

Ved eventuell ny og utsatt eksamen kan muntlig eksamensform bli benyttet. Hvis muntlig eksamen benyttes til ny og utsatt eksamen, kan denne ikke påklages.

Emnet tar sikte på å gi studentene en innføring i fluidmekanikk, og derigjennom en grunnleggende forståelse for beregning av strømningstekniske problemer. Teori skal omsettes i praktisk anvendelse. Studenten skal tilegne seg grunnleggende teori om fluidmekanikk/strømningslære og forståelse for å anvende teorien i praksis i teknisk sammenheng. Emnet gir grunnlag for å forstå funksjonsprinsippet for ulike energisystemer, hvilke tekniske enheter som inngår og grunnleggende beregninger av disse. Praktiske anvendelser kan være dimensjonering av komponenter i rør- og kanalsystemer (for eksempel radiatorsystem), beregning av trykktap, tømming av beholdere, beregning av krefter generert av en vannstrøm.

Ingen ut over opptakskrav.

Etter å ha gjennomført dette emnet har studenten følgende læringsutbytte, definert som kunnskap, ferdigheter og generell kompetanse:

Kunnskap

Studenten kan:

• benytte heftbetingelsen
• klassifisere strømninger og gi beskrivelse av laminær og turbulent strømning
• beregne hydrostatisk trykk i væsker og derav krefter på flater samt behandle oppdrift
• forklare ulike metoder for trykkmåling
• visualisere et strømningsfelt
• benytte kontinuitetsligningen (bevaring av masse)
• kunne benytte Bernoullis ligning, ligning for bevaring av mekanisk energi
• beregne krefter knyttet til strømningssystemer
• analysere strømning i rør, kanaler, nettverk. Beregne energi- og trykktap
• måle strømningshastigheter og -mengder (massestrøm, volumstrøm)
• beregne motstandskrefter (dragkrefter) ved ekstern strømning (strømning langs flater og rundt legemer)
• beregne forhold knyttet til strømningsmaskiner som pumper og vifter

Ferdigheter

Studenten kan:

• utføre nødvendige beregninger for ingeniørmessig analyse av strømningstekniske problemer i praktiske konstruksjoner, deriblant rørsystemer i bygninger og i naturen for øvrig
• beregne trykkfall gjennom et rør- eller kanalsystem og deretter beregne nødvendig pumpe- eller vifteeffekt
• beregne krefter som virker mellom væske i ro og vegg, for dimensjonering av oppheng
• beregne krefter som virker mellom væskestrøm og rørvegg, for dimensjonering av oppheng
• beregne hvor lang tid det tar å tømme en tank
• dimensjonere et enkelt nettverk av rør/kanaler (eksempelvis radiatorsystem)
• måle strømningshastigheter og volum- og massestrøm
• beregne strømningsmotstand for faste legemer som beveger seg relativt et fluid
• velge riktig størrelse på pumpe i et rørsystem

Generell kompetanse

Studenten kan:

• bidra i arbeidet med å utvikle ny teknologi med bakgrunn i en forståelse for matematisk modellering og løsning av fysiske problemer
• løse koblede problemer knyttet til både strømningsteknikk, varme- og massetransport og termodynamikk
• vurdere nøyaktigheten i beregningene og gyldigheten til den matematiske modellen.