Appunti di termodinamica e trasmissione del calore
Q = C̅ ⋅ ΔTC̅ = c̅ ⋅ mδQ = m ⋅ c̅ ⋅ dTdU = dQ - δLdm = q̇ - l̇dm/dt = q̇ - l̇
Ciclo
Q̇ = L̇Q̇im - Q̇ad = L̇P V = R Tv̅ = 1/δdU = m c dT - Pδ V = m c dT - m P dV1 dU = c v dTCp = Cv + R
Politropiche
P Vm = Costc = Cv + R/μ (1- m)
Sistema chiuso e areato
dU + δK + δL g= δQ - δL
Fermo e areato
dU = δQ - δL + ̇ ard ( ue + ke + ge) - ̇ au ( uu + ku + gu)dm = ̇ me - ̇ mudm/dt = ̇ mdot e - ̇ mdot u
«dm/dt =∑f pf wf Aj =∑f ̇ meu J -∑f ̇ mux JdU/dt = q̇ { L̇ [∑J ̇ me J (uJ+keJ+geJ)]!-∑J [ ̇ mu J (u J+ke J+ge J)]} dϵ/dt = ̇ me e V ( eu - P Vmu)dυ/dt = q̇ - L̇ vc + [∑ ( ̇ me J (u J+pe VJ+ke J+1f J)]-ΣJ [ ̇ muJ ( uJ + pJ vJ + kJ + gJ) ] hj = u + pVdu = cv dT dla = pM oT
Caso struettord
» dm/dt = O, Allora= {mfin (h0 − he) + ( Km−Ke) + ( gu−ge) ] = Q̇ − l̇ vcδL = PDVL = Lvc+ P(xsuu−tes) Lvc= diersostenδLvc= −VdpvcδL= δLvc+ d(Pv)x = mvapore / msemez = PV/RT
Q = C̅ ΔTC̅ = c̅ mdL = dQ - δLδQ = m c dTdmdm/dt = Q̇ - L̇ciclo: Q = LQ̇int = Q̇ass + Q̇cscP V = R TV = 1/δdU = m c dT - P dVdu = c v dTCp = c v + R
Politropiche
P V^m = costc = cv + R/μ-m
Sistema chiuso e aperto
dU + dK + dG = δQ - δL
Fermo e aperto
dUm = δQ - δL + Σṁe (u e + ke + ge) - Σṁu (u u + ku + gu)dm / dt = Σṁe - Σṁudm / dt = Σf ρf Vf Af = Σf ṁe,f - Σf ṁu,f
1° principio per sls teni aperti
dm / dt = ii = L̇u - L̇e + Vcdu / dt = i̇ - Lu/P ru mudu / dt = i i̇ - LvLp = μ + Pvdu = cv dTdU = edL = -
Caso stazionario
dm / dt = ∫ ṁ (h u-h e) + (Rm-K2) + (gu-ge) = i Q̇ - Lv cδL = PdVLv c lavoro tecnicoX = V mvolume / m totalez = Pv / Rt
Conduzione
dQ = -λ dT⁄dn dan ∅̇ = δQ ⁄ δt = -λ dT ⁄dn flujo isotropo1∫ f(l)T= ∫(ρ, Cp, 1) dQ̇∇T = ∇̇q̇ ⇔ (q̇ ∝ ∇̇T)q̇ = -λ dT ⁄dn Ȧ(T f(l)) conv. dif T finesee (A regime δ̂ ėt controf) δq̇ = ρ V = 1 ⁄ α dT ⁄dt qV=0 α= λ ⁄ Cp = A retone. dT ⁄dt >0 ∇̇T≠0 (eqiscawoe)
Condiciona al confianza
Dirichlet: Ta(dt)l= Tb(tb)Neumȧn: Ia dT ⁄dn⁄e = IbdT⁄dn⁄b-ldT⁄dn=h(T=Trad)](q̇= lT1 -T2⁄S)
Politropiche
PVn = costd= PV2-PV1/1-dTVn-1 = costcx = cV + Ri/1-dQ-L = ΔUC = c ⋅ mC = δQ/δTTeq = C1T1 + C2T2/C1 + C2δQ1 = m cp (To - Tf)δQ2 = m cv (Tf - Ti)δQ = -mc (TB - TA)θ = m -2H = U + VdV = cpdL = mc v⋅dT dL = dV⋅dLdH = (δH)/δt δTδ(δH/p) = (δp/p)1(H/V)T = cp = (δH) /δT
Adiabacita reversibile
δq = 0c = yPV = costΔU = -pdV = widespread
Efficienza di carnot
C.LQ1/T1 = PV%dn% - Δ%ΔS = Q = -ΔU⋅dSΔS = L = [dΦQ -Δs = C.MaQ/TQ ⋅ Q1/Q2qL1 |L1| = ΔsMM = L|L||Q| = L1−M|Q|MΔsU = −Qc |Qf| = ΔT•|ΔS|
Entropie
Δs = m Rm lnVB + VAReviso CâmaraΔs = m cv ln[TB] TAiso Câmaram = L|L| lnVBΔs = TVBγtf ISO BARRÊΔS = mcP lnlc = dellcágua
Irraggiamento
G GA GT Gn ≠ Gno ro = Gno⁄G σ = GA⁄G t = GE⁄G n = Gn⁄Gσ + α + t = 1Gλ = GΔλ⁄Δλ = limΔλ→∞ GΔλ⁄Δλ dG = Gλ dλpλ = Gnλ⁄Gλ αλ = GAλ⁄Gλ σλ = GEλ⁄Gλ nλ + tλ + ελ = 1
r0 = ∫0¹∞ Gnoλ dλ⁄∫0¹∞ Gλ dλ n = ∫0¹∞ nλ Gλ⁄∫0¹∞ Gλ dλnλ = f(Nλ, T) aλ = f(M, T, A) r0 = f[N, T, Gλ] n = [N, T, (φ, Gλ)Eλ⁄Eλm = f(λ, T) = Eλm(λ, T)⁄ΦEλm = ν0 T4 σ = 5.67 .10-8λ = B⁄T B ν 2898 μm KEλ0 = C1⁄λ5(eC2⁄λT -1 ) del corpo nero
Ελ = Eλ⁄Eλm Ε = E(T, N)⁄Em(T) aλ = Eλ⁄Eλm aλ = Ελ- in generale Ε ≠ a perché le funzioni peso sonoΕ = ∫0¹∞ Ελ(λ, T, N)(Eλm(λ, T)) dλ⁄∫0¹∞ Eλm(λ, T) dλa = ∫0¹∞ aλ(U, T, N) Gλdλ⁄∫0¹∞ Gλ dλJ = E + Ga
q̇i = vo/1/ε1 + 1/ε2 (T14 - T24)x gruppo selez tra le kosteq̇i dimessaq̇i = vo/1 (T14 - T24)q̇1 = vo ( 1/ε1 + 1/ε2J - 1) + ∑i=1M ( 1/εiJ + 1/ε2J - 1)q̇ = q̇inn + q̇oud (x metto are a di esempio)q̇i = q̇inn + λ/S (T1 - T2)dQi = Ei dAi - ai Gi dAiq̇i = Ei Ai - ai Gi Aij°i - Jo cosφ
Legge di Lambert
del cosenoΩ = S/R2F21 A2 = F12 A1F21 = A1 cosφ1 cosφ2/π r122
Sistema risolutivo
Jc = Ei + (1 - ai) ∑J JJ FiJq̇i = Ec - ai ∑J JiJ FiJq̇ = vo/ 1 (T14 - T24)1/ε1 + A1/A2 ( 1/ε2 - 1)
Legge di Bouver
P(x) = Po e-αx
Condizione
dQ = 0 → 1 ∫S dT dA𛉩 = -1 ∫S dT dmdT = costT(x = 1) = T1T(x = S) = T2λ dT/dx |1 = λ dT/dx |2
Cilindro cavo
qλ = A λ dT/dr = -λ 2π rl dT/drqλ = (T1-T2)/(ln(R2/R1)) 2π λα = 1/cρs∆2T = 0 → T = c1 x + c2λ dT/dx |b = -bb dT/dx |aTc=c1x+c2x=0 -λ dT/dx|0 = -h1 (T-T4) T(0)x=s -λ dT/dx|s = ± h2(T-T2) T(s)dT/dlx = T2-T1/sq̇ = λ T1-T2/sT1= cax + c2aT2= cbx + c2b
- -λac1a= θh1 (-c1asa + tc2a -T1)
- -λbc2b= h1 (sbc1b + c2b -T2)
- 1 T1(x=0)=c2a= c2b= T2(x=d)
- -λaca= λbc1b
q̇= λ ΔT/spessore q̇= θ(λ) ΔT/ forma1/Rj=sj/λj 1/Rl = 1/q̇Q̇ = ΔT/R = A ΔT/Ri Ti>T2Q̇ = T1-T2/ 1/h2πD3L + ln(D3/D2)/2πL λb+ ln(D2/D1)/2πL λa + 1/h1πD1L(3)rλ=b2 = λb/h2
Generazione interna di calore piane
∆T + qV⁄λ = 0T = -qV⁄2λ x² + c₁x + c₂T₁ = c₂T₂ = -qV⁄2λ s² + c₁s + c₂ΏTi⁄ΏTtot = R i cosnumeri⁄Rtot
Guscio sferico
q = T₁ - T₂⁄(1⁄r₁ - 1⁄r₂) 4πK
Gener. di calore interna
d²⁄dr² + 1⁄r dT⁄dr + qV⁄λ = 0T = -qV⁄4λ r² + qVr²⁄4λ + c₃1⁄r d⁄dr ( r dT⁄dr ) + qV⁄λ = 0
Irraggiamento
G = Gn + Gc + Eq̇ = E = AGλmax = 2898J = GR + ERλ + aλ + Eλ = 1corpo neroaλ = 1EM =σ0(T14 - T24)
- 1/ε1 - 1
n caloriEM - Jjq̇ij =J̇ = J0 + J1cavità 2 superfici grigieσ0((T14 - T24))q̇12 =doppio tubo con schermo radiattivo(σ(T14 - T24))2 superfici con neri semitrasparentiϕi = ______Ji = JR + 1/(A1FiR)JR - JR = 1/(A1F1R)P(x) = P0 e-KXe = 1/A1 = γ0 4τm3 + 1/Sqi = σR (T1 - T2)ϕ̇ = ΔT/R’ΔT/(T1 + T2)
1 atm = 101 325 Pa1 bar ≅ 1 atmdU = δQ - δLδQ = mc dTdU/dt = Ė - ḢP V = R TR = R0/m (R = cp - cv)Te = 1/θ(dU) = cV dTP VM = costK = cp/cvc = cv + R/(1 - m)[ṁ] = kg/sṁ = ρ A w = Au/Tdm/dτ = ∑J ṁeJ - ∑J ṁuJ
Per sistemi aperti
dU/dτ = Ė - Ŀ + ∑J ṁeJ (μJ + kJ + gfJ) - ∑J ṁuJ (μJ + kJ + gfJ)Ŀ = ∑J ṁuJ PJ γJ - ∑J ṁeJ PJ γJ + ĿvcdU/dτ = Ė - Ŀvc + ∑J ṁeJ (hJ + kJ + gfJ) - ∑J ṁuJ (hMJ + kJ + gfJ)
Regime stazionario
δL = p dVδLvc = -V dpΔK + ΔH + ΔG = Q - Ŀvc
Lastra piana
Forzato moto laminare
Pn > 0,6Re < 3∙105Nu ̄ = 0,664 Re1/2 Pr1/3T ̄ = T∞ + 0.958[ Tp - T∞ ]
Moto turbolento
Pn > 0,6Re > 5∙105M ̄ = 0,0366 Re0,8 Pn0,33T ̄ = T∞ - 0,1 Pn + 40Pn + 32
Convezione naturale moto laminare
0,6 < Pn < 100Pr < Ra < 108Nuc = 0,59 √ Returbulento0,6 < Pn < 100108 > Ra > 1013Nuw = 0,13 R1/3Nu(Re,Pn)corrente facile inter-superficeNu, 0,82√Re ( h/d )-1/4per h/d > 2 laminareNu = 0,05 √( h/d )-1/42 ∙104 < Gr < 2 ∙1052 ∙105 < Gr < 1,3 ∙107δ - laminareδ = 5x ( Rex )-1/2Nu = 0,332 Re1/2 Pn1/3con 0,6 ≤ Pn ≤ 50per replicare α, L/d > 10Lunghezza, L = 0,05 ReLD1D ≤ L ≤ 60Ddottus-boelta0,6 ≤ Ra ≤ 60Nu = 0,023 R0,4 Pr0,3PnM = 0,4 TS < TBM = 0,3 TS < TCQ = ∫AB ρ V dTTp > T∞∂2TQ = ∫ λ ∂2Ttτ = μ du dy∫∫ du ∂t = ∂P dxdy>dz + μ d2W dy2 dxdy>dzτP = Po - ρβg2P + 12 s t t g g = costPr = L√ LRe << G>>
Aletta di raffreddamento
\(\dot{q}_x - \dot{q}_{x+dx} = d\dot{a}\)
\(d\dot{a} = \dot{q}_x dx\)
\(d\dot{a} = \rho dx h (T - T_\infty)\)
\(\lambda \frac{d^2 T}{dx^2} dx = \rho dx h (T - T_\infty)\)
\(\Theta = T_x - T_\infty\)
\(\frac{d\Theta}{dx} = \frac{dT}{dx} - \frac{dT_\infty}{dx}\)
\(\frac{d^2 \Theta}{dx^2} = \frac{d^2 T}{dx^2}\)
\(\frac{d^2 \Theta}{dx^2} = \frac{\rho h}{\lambda A} \Theta \)
\(\Theta(x) = \Theta_b e^{-mx}\)
Efficacia
\(\varepsilon = \frac{\dot{Q}_{delta}}{\dot{Q}_{bare}}\)
\(\dot{Q}_{bare} = hA\Theta_b\)
con \(\Theta_b = T_b - T_\infty\)
\(\dot{Q}_{delta} = \lambda A m \Theta_b\)
\(\left(\frac{m\lambda}{h}\right) \approx \frac{\sqrt{\rho A}}{A} > 0\)
Considero aletta finita
con estremo adiabatico
\(\rho x=L\)
\(e^{-2mL}\)
\(\Theta(L) = 0\)
\(\frac{d\Theta}{dx}|_L = 0\)
1 condizione2
\(c_1 + c_2 = \Theta_b\)
\(\Theta = \Theta_b \frac{e^{-mL}}{1+e^{-2mL}}\)
moltiplica sopra e sotto per \(e^{-mL}\)