ITALIANO

Contenuti principali del corso:
• Termodinamica applicata: concetti fondamentali della termodinamica e definizioni di base; termodinamica degli stati; Equazioni di bilancio per sistemi termodinamici e loro conseguenze; cicli termodinamici.
• Trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
• Raffreddamento delle apparecchiature elettroniche.

Y. A. Cengel, Termodinamica e trasmissione del calore, 4a edizione, McGraw-Hill, 2016.
Dispense fornite dal docente.

Il corso ha l'obiettivo di fornire agli studenti i concetti di base della termodinamica e del trasferimento di calore e di massa per affrontare i problemi riguardanti la gestione termica di dispositivi elettronici.

Lo studente deve possedere conoscenze di base di Analisi Matematica (derivate, equazioni differenziali ordinarie lineari) e Fisica

Didattica tradizionale. Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche.

Prova scritta e orale.

Il materiale didattico (slide e appunti del corso in formato PDF) è reso disponibile dal docente.

Termodinamica Applicata:
• Concetti e definizioni di base: sistema chiusi e aperti, ambiente, proprietà termodinamiche, stato termodinamico, equazione di stato, sostanza pura, fase, sistema semplice comprimibile; energia, lavoro, calore.
• Termodinamica degli stati: fasi delle sostanze pure, cambiamenti di fase, titolo, superfici e curve caratteristiche. Piani termodinamici (p,T), (p,v), (T,s), (h,s) e (p,h). Gas Ideali, equazioni di stato dei gas ideali, trasformazione adiabatica internamente reversibile, trasformazione politropica.
• Calcolo delle proprietà termodinamiche dell’acqua: fase liquida, bifase liquido-aeriforme, vapore surriscaldato, diagrammi di Mollier (h-s) per l’acqua, diagramma (p-h) per i freon.
• Cicli termodinamici: cicli termodinamici diretti e cicli termodinamici inversi.
• Componenti di impianti termici: condotti, generalità sulle macchine a fluido, turbine a vapore e a gas, pompe, compressori, caldaia, scambiatori di calore, valvole.

• Equazioni di bilancio per sistemi termodinamici e loro conseguenze: equazioni di bilancio di una grandezza estensiva, conservazione della massa per un sistema chiuso e per un sistema aperto, portata massica e volumetrica, bilancio di energia per un sistema chiuso e per un sistema aperto, entropia generalità, bilancio di entropia per un sistema chiuso e per un sistema aperto, equazione dell'energia meccanica.
• Trasmissione del calore:
Cenni sui meccanismi di trasmissione del calore; meccanismi di trasmissione del calore per conduzione, legge di Fourier per la conduzione termica, legge di Newton per convezione, le leggi fondamentali per il trasferimento di calore per irraggiamento; meccanismi serie e parallelo.
caffreddamento delle apparecchiature elettroniche: Introduzione e cenni storici sul ruolo del controllo della temperatura delle apparecchiature elettroniche; Il carico termico, realizzazione di efficaci vie di fuga del calore; tecniche di raffreddamento comunemente usate nelle apparecchiature elettroniche; Equazione della conduzione termica, problemi di conduzione multidimensionali, regime transitorio, condizioni al contorno ed iniziali,
applicazioni sulla trasmissione del calore per conduzione all’interno del supporto dei chip e nelle schede a circuito stampato;
il raffreddamento ad aria: convenzione naturale, convenzione forzata e irraggiamento, meccanismi combinati.

Italian

Applied thermodynamics, heat transfer and air conditioning systems: basic concepts and definitions; thermodynamic states; governing equations for thermodynamic systems; components of thermal plants; psychometric chart and elementary transformations; principle of heat transfer: conduction, radiation and convection; Cooling of Electronic Equipment.

Y. A. Cengel, Termodinamica e trasmissione del calore, 4a edizione, McGraw-Hill, 2016.
Lecture notes.

The course aims to provide students with the fundamental concepts of thermodynamics and heat and mass transfer to address issues related to the thermal management of electronic devices.

The student must have foundational knowledge of Mathematical Analysis, including derivatives and linear ordinary differential equations, as well as the fundamental principles of Physics.

Traditional: lectures and exercises.

Written and oral exam

The slides and PDF notes will be provided by the teacher.

Applied Thermodynamics
• Basic Concepts and Definitions: system and environment, closed and open systems, thermodynamic properties, thermodynamic state, equation of state, pure substances, phases, simple compressible systems; energy forms, mechanical work, energy transfer by heat.
• Thermodynamics of States: Properties of pure substances. Phases of pure substances. Phase-change processes of pure substances. Compressed liquid and saturated liquid. saturated vapor and superheated vapor. Property diagrams for phase-change processes. Thermodynamic diagrams: (T,v) (p,T), (p,v), (T,s), (h,s), and (p,h). The P-v-T Surface of a pure substance. Saturated Liquid and saturated Vapor States. Saturated liquid-vapor mixture. Superheated Vapor and Mollier diagram for water. Compressed liquids and solids. Gas: ideal gases, the ideal-gas equations of state, compressibility factor. Internally reversible adiabatic transformation, polytropic transformation.
• Balance Equations for Thermodynamic Systems: balance equation of extensive properties, energy conservation for closed systems and open systems, steady state, one-dimensional flow, mass and volumetric flow rates, general energy conservation equation, energy conservation equation for a closed system and an open system, introduction on entropy balance, entropy balance for a closed system and for an open system, mechanical energy equation.
I and II Gibbs equation, closed systems: volume variation work, open systems: mechanical energy equation. Direct and inverse cycles, refrigeration and heat pump cycles.

• Components of Thermal Systems: Ducts, general overview of fluid machines, steam and gas turbines, pumps, compressors, boilers, heat exchangers, valves.
• Heat Transfer: Overview of heat transfer mechanisms; heat conduction, Fourier’s law of heat conduction, Newton’s law of cooling for convection, fundamental laws governing radiative heat transfer; series and parallel mechanisms.
• Cooling of Electronic Equipment:
Introduction and historical background on the role of temperature control in electronic devices; thermal load, design of effective heat dissipation paths; common cooling techniques used in electronic systems.
Conduction: fundamental constitutive relation for conduction, differential equation of heat transmission by conduction, boundary conditions, dimensionless parameters, one-dimensional stationary regime, non-stationary one-dimensional regime.
Radiation: introduction and basic definitions, black body, radiative characteristics of surfaces, radiative heat exchange, view factor, radiative heat exchange in cavities, between parallel and undefined flat surfaces.
Convection: introduction, laminar and turbulent flow, viscosity, dimensionless groups for forced convection (definition, physical meaning), boundary layer, external and internal flow, dimensionless groups for natural convection, use of correlations for the evaluation of average convective heat transfer coefficient.