mail unicampaniaunicampania webcerca

    Biagio MORRONE

    Insegnamento di FISICA TECNICA

    Corso di laurea in INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA

    SSD: ING-IND/10

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Termodinamica Trasmissione del calore Conduzione Irraggiamento Convezione Meccanismi combinati di scambio termico.

    Testi di riferimento

    Elementi di Fisica Tecnica per l’Ingegneria, M. Moran, H. Shapiro, B. Munson, D. DeWitt, McGraw-Hill Editore, 2011. Appunti integrativi a cura del docente disponibili sul sito Internet del Dipartimento alla pagina: http://www.ingegneria.unicampania.it/dipartimento/docenti-csa?MATRICOLA=057925 Metodi matematici per un corso introduttivo della fisica, R. Davidson, Edises, 1998.

    Obiettivi formativi

    Il corso fornisce una introduzione elementare ai meccanismi della Trasmissione del Calore.
    Partendo con le necessarie nozioni base di Termodinamica, l'allievo sarà messo in grado di modellare sistemi e processi semplici tipici dell’ingegneria elettronica in cui sono presenti trasferimenti di calore, basandosi sul concetto delle equazioni di bilancio dell’energia,
    Il corso pur privilegiando un approccio ingegneristico alla risoluzione dei problemi, evidenziandone gli aspetti applicativi e predisponendo lo studente all'utilizzo di strumenti e di metodi tipici dell’Ingegneria dei sistemi energetici, non trascura gli aspetti teorici per la costruzione di equazioni che reggono i problemi di trasmissione del calore.

    Prerequisiti

    Analisi matematica 1 e Fisica 1

    Metodologie didattiche

    Corso tradizionale impartito con lezioni frontali

    Metodi di valutazione

    Scritta e orale
    La prova scritta è costituita da esercizi sui meccanismi di scambio termico conduzione, convenzione ed irraggiamento. Alcuni esercizi si basano sul regime stazionario con meccanismi combinati in serie e/o parallelo, altri su regime transitorio e anche su sistemi alettati. Anche lo scambio termico per irraggiamento con valutazione dei coefficienti totali a partire da quelli spettrali è argomento della prova scritta. Vi è anche un esercizio oppure una domanda di teoria sulla Termodinamica.
    Per ogni esercizio è indicato il punteggio massimo conseguibile. Il minimo per essere ammessi alla prova orale è 18.
    La prova orale, a cui si accede dopo una valutazione sufficiente della prova scritta, si basa su domande di teoria di trasmissione del calore e di termodinamica.

    Programma del corso

    Termodinamica. Sistemi ed unità di Misura. Cifre significative. Definizioni di base della Termodinamica. Equazioni di bilancio delle grandezze massa ed energia. Primo Principio della Termodinamica. Lavoro di variazione di volume. Sostanze incomprimibili, Gas Ideali. Trasmissione del calore Introduzione ai meccanismi dello scambio termico Nozioni di campi scalari e vettoriali e sui gradienti di grandezze scalari Conduzione Flussi e potenze termiche Legge di Fourier Equazione differenziale della conduzione monodimensionale e pluridimensionale Condizioni ai limiti: al contorno del 1°, 2° e 3° tipo; condizioni iniziali Proprietà dei materiali: conducibilità termica, calore specifico e diffusività termica. Regime stazionario monodimensionale: pareti semplici e composte, cilindri cavi e gusci sferici. Generazione uniformemente distribuita; geometrie elementari: piastre piane e cilindri. Sistemi alettati; soluzione analitica, efficacia alettatura, rendimento alette, trasmittanza pareti alettate. Regime non stazionario monodimensionale: sistemi con resistenza interna trascurabile: soluzione analitica (Bi<0,1); soluzioni con resistenza interna non trascurabile (Bi>0,1) diagrammi di Heisler e soluzioni analitiche per Fo>0,2 per geometrie pareti piane, cilindri e sfere. Irraggiamento Definizioni, lunghezze d’onda e frequenze della radiazione, contenuto energetico e frazioni di energia contenuta in intervalli di lunghezze d’onda Corpo nero; potere emissivo spettrale (legge di Planck) e totale (Stefann-Boltzmann) e legge di Wien. Caratteristiche radiative delle superfici reali: coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione, spettrali e totali. Superfici grigie e reali, modello di superficie a bande. Scambio termico radiativo in cavità: fattori di configurazione e sue proprietà; cavità di superfici nere e grigie. Soluzione per cavità radiativa a due superfici Convezione Viscosità Flussi Laminari e Turbolenti. Strato limite dinamico e termico su piastra piana. Gruppi adimensionali nella convezione forzata e naturale e correlazioni. Meccanismi combinati di scambio termico.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Thermodynamics Heat Transfer Conduction Radiative Heat Transfer Convection Combined Heat Transfer mechanisms

    Textbook and course materials

    Elementi di Fisica Tecnica per l’Ingegneria, M. Moran, H. Shapiro, B. Munson, D. DeWitt, McGraw-Hill Editore, 2011. Notes written by the professor on the Internet web site: http://www.ingegneria.unicampania.it/dipartimento/docenti-csa?MATRICOLA=057925 Metodi matematici per un corso introduttivo della fisica, R. Davidson, Edises, 1998.

    Course objectives

    The main objective is to give knowledge about basic Heat Transfer mechanisms. Starting with basic information about Thermodynamics, the pupil should acquire knowledge on how to model the basic heat transfer mechanisms, mainly those typical of Electric and Electronic engineering, using the energy balance equations.
    The course is mainly oriented to an engineering approach for solving practical problems, though not hiding theoretical basis for the foundations of the main heat transfer equations.

    Prerequisites

    Calculus 1 and Physics 1

    Teaching methods

    Traditional lectures

    Evaluation methods

    Written and oral

    Course Syllabus

    Thermodynamics
    Preliminary definitions
    Balance equations: Mass and Energy Balance
    First Principle of Thermodynamics
    Incompressible systems: solids and liquids. Ideal gases


    Heat Transfer
    Introduction to heat transfer processes.
    Basics on scalar and vectorial fields.
    Conduction
    Heat Flux and Thermal power.
    Fourier Law
    One dimensional differential equation; thermal resistance; steady-state regime; uniform heat generation in simple geometries; Fins; Unsteady state: lumped analysis (Bi<0,1), Heisler charts for Bi<0,1.

    Thermal Radiation
    Definitions; wavelength and radiation frequency; Black body; emissivity; Real surfaces; Gray surfaces; Radiative Heat Transfer in cavity; View Factor.

    Convection
    Viscosity; laminar and turbulent flows; boundary layer over a flat plate; Prandtl number; Free and forced convection; Nusselt number; nondimensional groups.

    facebook logoinstagram buttonyoutube logotype