Appunti Teoria Fisica tecnica

Universita’ di Genova

Ingegneria Meccanica

Fisica Tecnica

Codice Corso: 72372

Prof. Annalisa MarchittoProf. Mario Misale

Modulo di Fondamenti di Energetica e Trasmissione del Calore (72373)

Modulo di Termodinamica Applicata (72374)

• Definizioni: Energia, Sistema chiuso/aperto, Pareti, Fluido termodinamico, Titolo, Quantita’ intensive/estensive
• Legge delle fasi
• Legge gas perfetti
• Legge di Dalton
• Primo principio della termodinamica
  • Sistemi chiusi e trasformazioni reversibili
  • Sistemi aperti
• Entalpia
• Trasformazioni reversibili: isobara, isocora, isoterma, politropica
• Secondo principio della termodinamica
  • Entropia
  • Sostanze pure
  • Coefficiente di comprimibilita’
  • Esperienza di Joule Thompson
• Ordine degli scambi
• Conversioni energetiche
• Rendimento:
  • Effetto Carnot
  • Effetto Clausius
  • Effetto di molteplicità delle sorgenti
• Ciclo semplice motore reale
• Ciclo semplice inverso reale
• Rendimento isoentropico
• Ciclo Rankine
  • Rigenerazione
• Ciclo inverso
• Ciclo ad assorbimento
• Ciclo Brayton Joule
• Ciclo Otto
• Ciclo Diesel
• Equazione di Bernoulli
• Moto di Fluidi Comprimibili
• Camino a tiraggio naturale

- Meccanismi di scambio termico

• Conduzione
  • Legge di Fourier
    • Geometria piana
    • Geometria cilindrica
    • Geometria sferica
  • Equazione generalizzata della conduzione
    • Geometria piana
    • Geometria cilindrica
    • Geometria sferica
  • Resistenze termiche
  • Biot Number
• Convezione
  • Strato limite
  • Prandtl Number
  • Metodo Adimensionale
  • Relazione Dittus Bolter
  • Condensazione
  • Evaporazione
  • Ebolizione di massa
• Irraggiamento
  • Potere emissive
  • Corpo nero
  • Corpo non nero
  • Corpo grigio
  • Emissivita’
  • Radiosita’

- Superfici di Scambio termico

• Alette
  • Rendimento e efficienza di Aletta

- Isolamento

- Scambiatori di calore

• Dimensionamento
• Scambiatore Equiverso
• Scambiatore Controcorrente
• NTU

- Aria Umida

- Condizionamento

- Energia Solare ed Eolica

Il Principio Termodinamico

Non posso trasferire indipendentemente la quantità di calore in lavoro e ^q entra → ^dq_s → 0 → ^q irr.

Posso costruire una macchina che dissipa tutto il lavoro

• Ogni macchina che viola Clausius viola anche Kelvin.
• Clausius ≠ Kelvin
• Sommatoria _i ^q_i / T_i ≤ 0
• Entropy ^{ds = dq_s + ds_g}
• Trop. reversibili → ds_s = 0
• d^s = dq
• Traccia Termodinamica ^{de_e = q + pdV}

d^s = ^{cpdt - Rln(V₁/V₂)}

d^s = dq_s + ^{ds = cp ∫ V₁}

η = L_esp - L_comp

rapporto tra area racchiusa dal ciclo e area sottesa da tratto in cui fornisce calore.

L_esp + turbina: dq = L + dh

L_comp + pompa: dq = l + dh

q_i + caldaia: dq = L + dh

q_r: dq = l + dh

1₂ viene fornito calore, diminuire T cui viene ceduto calore.

η_t = 1 - T_min / T_max

T_a = T_R

M_b = una retto per aumentare T con stesso fattore su.

METODI PER AUMENTARE η

1. Abbassamento pressione condensatore.

   Abbassando P_conc devono essere anche T_conc perciò

   P_conc ↔ T_conc = aumenta il ΔT_conc

   l'aumento della zona verde, il gamma della zona rossa

2. Aumento T riscaldano.

3. Aumento q caldaia.

   (T uguale condotta = fissata)

   Negativo: aumento fase liquida in turbina.

   diminuisce fase liquida in

   Risursi riscaldamento diminuire fase liquida.

RIGENERATORE CONVERSO:

Fluido caldo e freddo scorrono nello stesso verso

la T del fluido freddo non può mai superare la T del fluido caldo

RIGENERATORE CON FLUIDI IN VERSI OPPOSTI:

Fluido freddo a T₂ (T'₂) incontra

Fluido caldo a T₁ (T'₂). T₁ (fluido freddo a T₁) può tendere a T₁ (fluido caldo a T₁).

BERNOULLI:

I princi. dist. appar:

dq_e - dI_h = dh + dw² + gdz

TdS = dh - vdp T(d_e, dS_i) = dI_h - vdp dq + TdS_i = dI_u + dq + TdS_i + sdp

=> dq - dI_e + dI_e + TdS_i = vdp + dw² + gdz TdS_i + dle + vdp

die = -sdp dle = -sdp diI_e => pressione dovuta a irreversibilità

gdlh dv² / 2 + gdz = 0

TdS_i = sdp lavoro forza d'attrito carico PIEZOMETRICO CARICO POTENZIALE

gdlh = gdlh + vdp + dv²

hs + he + de + dv²/2 + dz

CARICO MOTORE CARICO CINETICO

ha = ho + h_a

h_a = w² L / zg D f( Re, _i ) perdite distribuite Re = wD/ Dynamic viscosity [m²/s]

f: fattore d'attrito diagrammatica di Moody

h^a = w² ∑I / zg

perdute concentrate vicosotà dinamica [Pa/s]

scopri di come delle perdute concentrate

∫_r1^r2dr => T = T₂, r₂

SFERA

q * bot = 0

1/r² dT/dr

q_n

OC: TEMPERATURA E FLUSSO TERMICO

• q^'
• Piano T = C₁x + C₂
• T = C₁x + C₂, -kC₁
• => -q^' = C₁, 1/k{CALC T_∞}
• C₂ = T_∞
• => T = -q^' x/k + T_∞

OC: FLUSSO TERMICO E COND. CONVETTIVA

• • Piano T = C₁x + C₂
  • -q_∞cond
  • -kC₁ = q^'/k
  • C₂ = C₂k = 1-VIL T_∞

GENERAZIONE Q^'CON

• (Piano)
• kA dT/dx
• -q^'A kC
• T_∞
• -
• C₂ T_∞

• -> C₂ x T + q^'L
• => q^'L/k

Punto di bordo

flusso conduttivo

flusso convettivo

bilancio energetico:

k (_T(i,j) - T(i-1,j)) + (_{T(i+1,j) - T(i,j))}

k (_T(i,j-1) - T(i,j)) + (_{T(i,j) - T(i,j+1))} = 0

Punto d'angolo

k (_T(i,j-1) - T(i,j)) + (_{T(i+1,j) - T(i,j))} + (_T(i,j+1)) = 0

Conduzione in regime variabile

k (_{∂²T/∂x²} + ∂²T/∂y² + ∂²T/∂z²) + ∙= ρc ∂T/∂t

ΔT nel tempo

Stazionario: Fo = (T_i+1, - T_i, - 2T_i)

Variabile - stazionario: T^i+1,i,j - 2Fo (T_ij- T_i-1,j)

Fo_.= _{KΔt - 1/2 ΔT}

Se T_i-1 = T_i, non ho sole.

T^*, non sono indipendenti