MAEND4100 Thermodynamics, Heat and Mass Transfer Course description

Mange fysiske fenomener og prosesser i naturen kan beskrives ved hjelp av termodynamikk, varme- og massetransport. Emnet skal gi et solid fundament for å kunne analysere, modellere og beskrive termiske prosesser i tekniske installasjoner og i naturen for øvrig. Numeriske beregninger er en integrert del av emnet.

Ingen ut over opptakskrav.

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

Kunnskap

Studenten har kunnskap om:

• termodynamikkens lover
• innholdet i begrepene energi, eksergi og anergi
• innholdet i og betydningen av fasediagram, med spesielt fokus på fasediagrammet for vann
• tilstandsfunksjoner og kjenner til ulike tilstandslikninger
• forskjellene mellom reversible og irreversible prosesser
• relativ og spesifikk luftfuktighet
• Joule-Thomson effekten, relevant for blant annet varmepumper
• de sentrale begrepene innenfor varme- og massetransport, samt prinsippene for de ulike transportformene
• varmeledningsligningen (3-dimensjonal, transient) med grensebetingelser og initialbetingelse
• stasjonær og transient varmeledning (med indre varmekilder) og termiske nettverk
• numeriske metoder for varmeledningsberegninger (1-, 2- eller 3-dimensjonalt, transient), v.h.a. Finite Volume (kontrollvolum) metoden inkludert eksplisitt og implisitt formulering av transiente problem
• ekstern og intern tvungen konveksjon, grensesjikt og hastighets- og temperaturprofil. Empiriske korrelasjoner blir benyttet.
• naturlig (fri) konveksjon
• varmevekslere arrangert i medstrøm og motstrøm. (Herunder logaritmisk midlere temperaturdifferanse og behandling av beleggdannelse.)
• enkel strålingsfysikk og termisk stråling mellom faste flater.
• prinsipper for beregning av Massetransport ved diffusjon og konveksjon med vekt på fuktvandring

Ferdigheter

Studenten kan:

• benytte ulike tilstandsfunksjoner for å beregne for eksempel temperatur og trykk
• beregne arbeid og varme for irreversible og reversible prosesser
• beregne entropiforskjeller for irreversible og reversible prosesser
• beregne eksergien til et gitt system i en gitt omgivelse
• beregne relativ og absolutt luftfuktighet ved hjelp av regning
• nyttiggjøre seg av et Mollier diagram
• beregne temperaturendring ved Joule-Thomson prosessen
• beregne og utnytte ulike termodynamiske potensial (entalpi og Gibbs frie energi)
• utføre nødvendige beregninger for ingeniørmessig analyse av varme- og massetransport 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, både tvungen og naturlig konveksjon
• beregne varmeutveksling mellom faste flater ved hjelp av termisk stråling
• beregne varmeoverføring mellom varmt og kaldt fluid i varmevekslere
• beregne fukttransport gjennom vegger
• behandle koblede problemer (konduksjon, konveksjon, termisk stråling, massetransport og trykkfall) vha. matematisk oppsett og programmerte datamaskinberegninger

Generell kompetanse

Studenten kan:

• vurdere for et gitt problem om en numerisk eller analytisk løsningsmetode er hensiktsmessig
• kommunisere med naturvitere om tema knyttet til termodynamikk, varme- og massetransport
• kritisk vurdere påstander innenfor fagområdet, for eksempel påstander om virkningsgrad og energiomvandling
• 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 varme- og massetransport, 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, veiledning, data- og oppgaveøving.

Ingen

Eksamensform: Individuell skriftlig eksamen på 3 timer

Sensorordning: En intern sensor. Ekstern sensur brukes jevnlig.

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

Hjelpemidler

Alle

Vurderingsuttrykk

I forbindelse med avsluttende vurdering benyttes en karakterskala fra A til E (A er høyeste karakter og E er laveste) og F for ikke bestått.

Pensumliste

Totalt 570 sider

Cengel, Y.A. & Boles, M.A. (2015). Thermodynamics. An Engineering Approach. (Eighth edition in SI units). New York: McGraw-Hill. (Kap. 3¿8, 10¿14)

(250 sider)

Cengel, Y. A. & Ghajar, A. J. (2015). Heat and Mass Transfer. Fundamentals and

Applications . (Fifth edition in SI units). New York: McGraw-Hill. (Kap. 1¿9, 11¿14)

(320 sider)