ΠΡΟΛΟΓΟΣ - Μετάδοση θερμότητας και Εναλλάκτες (Θεωρία, μεθοδολογία και λυμένες ασκήσεις)

ΠΡΟΛΟΓΟΣ


Το παρόν βιβλίο έρχεται να συµπληρώσει και να αναβαθµίσει την οµολογουµένως πλούσια βιβλιογραφίαπάνω στο αντικείµενο της Μετάδοση Θερµότητας. Η καινοτοµία που εισαγάγει εστιάζεται στα εξής σηµεία:

Συγκεντρώνει και κωδικοποιεί όλες τις αρχές της Θερµοδυναµικής, της Μηχανικής Ρευστών και της Εφαρµοσµένης Αντοχής Υλικών, που είναι απαραίτητες για την κατανόηση των µηχανισµών Μετάδοσης Θερµότητας και του σχεδιασµού συσκευών διεργασιών.

Ενοποιεί τη θεωρία της Μετάδοσης Θερµότητας µε τη µελέτη-σχεδιασµό των συσκευών (δοχεία πίεσης και θερµικοί εναλλάκτες) οι οποίες αποτελούν το κατ’ εξοχήν πεδίο εφαρµογής της.

Μέσα από τις πολυάριθµες λυµένες ασκήσεις αναπτύσσονται οι αντίστοιχες µεθοδολογίες που επιτρέπουν στον αναγνώστη να επιλύει όλες τις κατηγορίες προβληµάτων που ενδέχεται ν’ αντιµετωπίσει.

Συνέπεια των παραπάνω είναι το βιβλίο να χαρακτηρίζεται από τα εξής στοιχεία:
1. Συγκερασµό των θεωρητικών εννοιών της Μετάδοσης Θερµότητας µε την εφαρµογή τους στην πράξη.
2. Πληρότητα στην ανάλυση των διαφόρων περιπτώσεων που απαντώνται κατά τη µελέτη των µηχανισµών

Μετάδοσης Θερµότητας
Έχοντας υπόψη τα παραπάνω, αλλά και λόγω του χαρακτήρα διδακτικού βιβλίου (textbook) που διαθέτει, το βιβλίο καλύπτει ιδανικά τις διδακτικές ανάγκες πανεπιστηµιακών µαθηµάτων όπως: Μετάδοσης Θερµότητας, Τεχνικές Φυσικών ∆ιεργασιών, Θερµικοί εναλλάκτες, ∆οχεία Πίεσης κ.α.

Απευθύνεται σε φοιτητές Τµηµάτων Πανεπιστηµίων Ιδρυµάτων που εντάσσονται σε Σχολές:

Πολυτεχνικών (Μηχανολόγων Μηχανικών, Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, Μηχανικών Περιβάλλοντος,
Χηµικών Μηχανικών, Μηχανικών Παραγωγής και ∆ιοίκησης κ.α.).
Θετικών Επιστηµών (Ενέργειας και Περιβάλλοντος, ∆ιαχείρισης Ενεργειακών Πόρων, Φυσικής, Χηµείας κ.α.).

Το πρώτο µέρος του βιβλίου περιλαµβάνει τη θεωρία και ειδικότερα: Το πρώτο κεφάλαιο περιέχει επιλεγµένη θεωρία για την κατανόηση των απαραίτητων εννοιών της Θερµοδυναµικής και της Μηχανικής των Ρευστών. Η προσέγγιση της θεωρίας γίνεται υπό το πρίσµα του
Μηχανικού, δηλαδή καταβάλλεται προσπάθεια ώστε οι έννοιες και οι νόµοι της Φυσικής να συνοδεύονται από την παρουσίαση της πρακτικής σηµασίας τους. Επίσης, γίνεται µια συνοπτική-αναγνωριστική παρουσίαση των µηχανισµών Μετάδοσης της Θερµότητας.

Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ανάλυση του µηχανισµού µετάδοσης θερµότητας µε αγωγή για τις περιπτώσεις µονοδιάστατης, και πολυδιάστατης ροής, µε παραγωγή ή όχι θερµότητας για τα τρία συστήµατα συντεταγµένων (τρισορθογώνιο, κυλινδρικό και σφαιρικό). Επίσης, αναλύονται οι οριακές συνθήκες που είναι απαραίτητες για τη λύση των διαφορικών εξισώσεων που περιγράφουν τη µετάδοσης θερµότητας µε αγωγή απλών γεωµετρικών σχηµάτων

Στο τρίτο κεφάλαιο µελετάται η µόνιµη θερµική αγωγή. Παρουσιάζεται η µέθοδος µοντελοποίησης της µέσω της έννοιας της θερµικής αντίστασης. Ταυτόχρονα εξηγούνται οι έννοιες της θερµικής αντίστασης διεπιφάνειας και της κρίσιµης ακτίνας µόνωσης. Τέλος, αναλύονται έννοιες που χαρακτηρίζουν τη θερµική συµπεριφορά των πτερυγίων.

Αντικείµενο του τέταρτου κεφαλαίου αποτελεί η παρουσίαση της µεταβατικής θερµικής αγωγής. Συγκεκριµένα, αναλύονται απλουστευµένα µεταβατικά φαινόµενα σε συστήµατα εντοπισµένης
θερµοχωρητικότητας, σε ηµιάπειρα στερεά και προβλήµατα µονοδιάστατης και πολυδιάστατης θερµικής αγωγής.

Στο πέµπτο κεφάλαιο µελετάτε αναλυτικά το θερµικού οριακού στρώµατος πάνω από επίπεδη επιφάνεια και δίνονται οι ορισµοί των αδιάστατων αριθµών Nusselt, Prandtl και Stanton. Επίσης παρουσιάζεται η µέθοδος της διαστατικής ανάλυσης.

Στο έκτο κεφάλαιο, µελετώνται προβλήµατα εξαναγκασµένης συναγωγής εξωτερικών ροών σε επίπεδο τοίχωµα, σφαίρα κύλινδρο και δέσµες σωλήνων.

Στο έβδοµο κεφάλαιο εξετάζεται η µετάδοση θερµότητας στο εσωτερικό σωλήνων κυκλικής, µη κυκλικής διατοµής καθώς και σε δακτυλιοειδές διάκενο οµοαξονικών σωλήνων. Ειδικότερα, µελετώνται οι συνδυασµοί των περιπτώσεων στρωτής και τυρβώδους ροής για συνθήκες σταθερής θερµοκρασίας εσωτερικού τοιχώµατος και σταθερής ροής θερµότητας.

Στο όγδοο κεφαλαίο µελετάται η φυσική συναγωγή πάνω από επίπεδες πλάκες και στο εσωτερικό κλειστών χώρων µε διαφορετικό προσανατολισµό. Εξετάζονται επίσης οι περιπτώσεις όπου εµφανίζεται
συνδυασµός µηχανισµών µετάδοσης όπως φυσική µε εξαναγκασµένη συναγωγή και φυσική συναγωγή µε ακτινοβολία.vi ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ, ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΜΑΖΑΣ και ΣΥΣΚΕΥΕΣ ∆ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Απ. Λ. Πολυζάκης


Στο ένατο κεφάλαιο αναλύονται οι τρόποι µετάδοσης θερµότητας κατά την ατµοποίηση και την εξάτµιση.

Tο δέκατο κεφάλαιο αναπτύσσεται η βασική θεωρία της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας, µε έµφαση στη θερµική. Αποσαφηνίζονται έννοιες όπως ένταση και ιδιότητες της ακτινοβολίας, µέλαν και φαιό σώµα.

Το κεφάλαιο κλείνει µε αναφορά στην ηλιακή ακτινοβολία. Στο ενδέκατο κεφάλαιο γίνεται εκτενής αναφορά στη µετάδοση θερµότητας µε ακτινοβολία µεταξύ επιφανειών. Εξηγείται η χρησιµότητα του συντελεστή µορφής και παρουσιάζονται οι κανόνες χρήσης του. Ακόµα εξηγείται η λειτουργία των ασπίδων ακτινοβολίας και η χρησιµότητά τους. Τέλος, παρουσιάζεται η µεθοδολογία µελέτης της εκποµπής και απορρόφησης των αερίων (H2O και CO2).


Στο δωδέκατο κεφάλαιο γίνεται µια συνοπτική παρουσίαση εννοιών και σχέσεων της Μεταφοράς Μάζας και η ειδικότερα της διάχυσης µάζας και της συναγωγής µάζας.

Tο δέκατο τρίτο κεφάλαιο είναι αφιερωµένο στη µελέτη και κατασκευή δεξαµενών (µικρών και µεγάλων) και δοχείων πίεσης. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιηθήκαν αρχές της Εφαρµοσµένης Αντοχής Υλικών και οι Γερµανικοί Κανονισµοί AD-Merkblätter.

Το βιβλίο ολοκληρώνεται µε το δέκατο τέταρτο κεφάλαιο όπου γίνεται εκτενής ενεργειακή και κατασκευαστική µελέτη-σχεδιασµός των εναλλακτών θερµότητας.

Το δεύτερο µέρος περιλαµβάνει: Εκατοντάδες λυµένες και άλυτες θεωρητικές και αριθµητικές ασκήσεις, οι οποίες βοηθούν τον αναγνώστη να κατανοήσει καλύτερα τη θεωρία που αναπτύχθηκε στο πρώτο (θεωρητικό) µέρος του βιβλίου. Οι λυµένες ασκήσεις είναι ταξινοµηµένες σε πολλές επιµέρους κατηγορίες για να είναι εύκολος ο εντοπισµός τους και η συγκριτική ανάγνωσή τους. Επίσης, διαθέτουν σήµανση ένδειξης βαθµού δυσκολίας. Συνιστούν έτσι ένα πολύτιµο και πλούσιο αρχείο λυµένων ασκήσεων. Επίσης, στα Παραρτήµατα εκτός από Πίνακες και νοµογραφήµατα, υπάρχει πλήρης χρηστικός µαθηµατικός οδηγός: διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισµού, επίλυσης διαφορικών εξισώσεων και θεωριας πεπερασµένων διαφορών. Ακόµα, υπάρχει εκτενές αφιέρωµα σε στοιχεία Εφαρµοσµένης Αντοχής Υλικών που είναι χρήσιµα σγια την κατανόηση του κατασκευαστικού σχεδιασµού των συσκευών διεργασιών. Στο τέλος περιλαµβάνεται αναλυτικό τυπολόγιο χρήσιµο για τη διαδικασία των εξετάσεων όσο και για την εύκολη πρόσβαση σε σχέσεις