Λεπτομέρειες Μαθήματος
Το μάθημα αυτό απευθύνεται σε μεταπτυχιακούς φοιτητές του τμήματος που ΔΕΝ είναι χημικοί μηχανικοί. Το μάθημα περιλαμβάνει βασικές αρχές της Ρευστομηχανικής, της Μεταφοράς Μάζας και Θερμότητας και προσφέρεται σε επίπεδο προπτυχιακής εκπαίδευσης που διδάσκονται οι προπτυχιακοί φοιτητές του τμήματος Χημικών Μηχανικών, για να γνωρίσουν οι νέοι μεταπτυχιακοί φοιτητές τις βασικές γνώσεις που μαθαίνουν οι φοιτητές μας στα Φαινόμενα Μεταφοράς.
Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει αναπτύξει δεξιότητες για την επίλυση απλών (κυρίως) προβλημάτων στα φαινόμενα μεταφοράς. Πιο συγκεκριμένα, ο φοιτητής θα μάθει να καταστρώνει το πρόβλημα επιλέγοντας τον κατάλληλο όγκο ελέγχου, τις ισχύουσες εξισώσεις για το κάθε πρόβλημα, θα θέτει τις υποθέσεις του προβλήματος με σαφήνεια και θα προσπαθεί να συνδυάζει την μαθηματική λύση με το φυσικό πρόβλημα.
Για την παρακολούθηση του μαθήματος ενθαρρύνεται ο/η φοιτητής/τρια να φρεσκάρει τις βασικές γνώσεις μηχανικής αν προέρχεται από φυσικομαθηματική σχολή.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΡΟΗ ΡΕΥΣΤΩΝ
Υπόθεση του συνεχούς. Φυσικοί νόμοι για την επίλυση προβλημάτων ροής. Σύστημα και όγκος ελέγχου. Ιξώδες. Νευτώνια και μη-Νευτώνια ρευστά. ΣΤΑΤΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ. ΜΟΝΟΔΙΑΣΤΑΤΕΣ, ΣΤΑΘΕΡΕΣ, ΣΤΡΩΤΕΣ ΡΟΕΣ.ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ. Γενικό θεώρημα μεταφοράς του REYNOLDS. Σχέση μεταξύ κλειστού συστήματος και όγκου ελέγχου. Μακροσκοπικό ισοζύγιο μάζας. Εξίσωση συνέχειας. Γραμμές ροής, τροχιές ροής, γραμμές κοινής προέλευσης. Συνάρτηση ροής. ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΙΣΟΖΥΓΙΑ. Ισοζύγιο γραμμικής ορμής. Ισοζύγια στροφορμής. Ισοζύγιο ενέργειας. Ισοζύγιο εντροπίας. ΤΑΝΥΣΤΗΣ ΤΩΝ ΤΑΣΕΩΝ. Τάση σε σημείο. Ολικός τανυστής των τάσεων π. Συμμετρία του π. Ροικός τανυστής, τ. Εξίσωση κινήσεως του CAUCHY. ΡΕΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ. Τανυστής των ρυθμών παραμόρφωσης γ. Νόμος ιξώδους του Newton - δυναμικό και πυκνωτό ιξώδες. Ο τανυστής στροβιλισμού, ω. Μη-Νευτώνια συμπεριφορά. Γενικευμένο Νευτώνιο ρευστό. ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΩΝ NAVIER ΚΜ STOKES. Ανάπτυξη της εξίσωσης N-S. Αδιάστατη μορφή. Αριθμοί REYNOLDS και FROUDE. Ιδανική ροή, εξίσωση του EULER. Εξίσωση του BERNOULLI. Δυναμική ροή. Έρπουσα ροή. Εξίσωση STOKES. Δισδιάστατη, ασυμπίεστη ροή βάσει της συνάρτησης ροής ψ. Ροή γύρω από σφαίρα (πρόβλημα STOKES). Οπισθέλκουσα και συντελεστής τριβής. Ροή γύρω από σφαίρα, με ολίσθηση. Ροή γύρω από και μέσα σε σφαιρική σταγόνα. ΡΟΕΣ ΣΕ ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΑΔΡΑΝΕΙΑΚΗ ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ. Εξάρτηση του συντελεστή τριβής από τον αριθμό REYNOLDS. Παραδείγματα για σφαίρα, κύλινδρο κ.λ.π. ΟΡΙΑΚΕΣ ΣΤΙΒΑΔΕΣ. Εξισώσεις κινήσεως της κινητικής στιβάδας. Αποκόλληση. Ακριβής επίλυση οριακών στιβάδων, μετασχηματισμός ομοιότητας. Προσεγγιστική επίλυση οριακών στιβάδων, ολοκληρωματική μέθοδος του VON KARMAN.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ.
Μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας. Ολικός ρυθμός μεταφοράς θερμότητας. Νόμοι του FOURIER.. Γενική διαφορική εξίσωση ενέργειας. Ειδικές μορφές της εξίσωσης ενέργειας. Συνηθισμένες οριακές συνθήκες. ΣΤΑΘΕΡΗ ΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΗ ΜΟΝΟΔΙΑΣΤΑΤΗ ΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Λύσεις με χωρισμό μεταβλητών, ή ανάπτυξη σε σειρά ιδιοσυναρτήσεων. ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΗ ΠΟΛΥΔΙΑΣΤΑΤΗ ΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Χονδρική ανάλυση, αριθμός ΒΙΟΤ. Αναλυτικές λύσεις. ΣΥΝΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Διαστατική ανάλυση και ομοιότητα, αδιάστατοι αριθμοί. Θερμικές οριακές στιβάδες με εξαναγκασμένη ροή, ακριβείς και προσεγγιστικές λύσεις.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΕ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΜΑΖΑΣ.
Ορισμοί. Νόμος του FICK Συντελεστής διάχυσης σε διμερή μίγματα. Φαινομενολογική θεωρία μοριακής διάχυσης. Διαφορικές εξισώσεις μεταφοράς μάζας. Ειδικές μορφές των Δ.Ε. μεταφοράς μάζας. Συνηθισμένες οριακές συνθήκες. Κατανομές συγκεντρώσεως σε στερεά και ηρεμούντα ρευστά, χωρίς χημική αντίδραση και με ομογενή χημική αντίδραση, μεταφορά μάζας με συναγωγή. Διάχυση και χημική αντίδραση μέσα σε πορώδεις καταλύτες.
Λέξεις Κλειδιά: Στατική των Ρευστών, εξίσωση συνέχειας, γραμμική ορμή, Νόμος του Newton, θερμική αγωγιμότητα, αγωγή, συναγωγή θερμότητας, Νόμος του Fourier, διάχυση, Νόμος του Fick.
1) Α.Χ. ΠΑΓΙΑΤΑΚΗ, Πανεπιστημιακές Σημειώσεις
‘ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ’ Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών
2) R.B. BIRD, W.E. STEWART, E.D. LIGHTFOOT, ‘TRANSPORT PHENOMENA’, John Wiley & Sons, Inc
3) R. B. FOX, A.T. McDONALD, P.J. PRITCHARD, ‘INTRODUCTION TO FLUID MECHANICS’, John Wiley & Sons, Inc,
4) James Welty, Charles E. Wicks, Gregory L. Rorrer, Robert E. Wilson, Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons; 5th Ed., 2008.
Παραδόσεις, φροντιστήρια, Σειρές Ασκήσεων, 2 τελικές εξετάσεις, μια σε θέματα Ρευστομηχανικής και μια σε θέματα Φαινομένων Μεταφοράς Θερμότητας και Μάζας.
Παρουσία και ενεργής συμμετοχή στο μάθημα: 10 %,
Σειρές Ασκήσεων (3 για ρευστομηχανική, 1 για μεταφορά μάζας, 1 μεταφορά θερμότητας): 30 %
Α. Τελική εξέταση στην Ρευστομηχανική (8η εβδομάδα), με διπλά θέματα (2 θέματα ανά κεφάλαιο σε σύνολο 5 κεφαλαίων): 60 %
Β. Τελική εξέταση στα Φαινόμενα Μεταφοράς Θερμότητας και Μάζας (16η εβδομάδα) 60 %
Στο τέλος, υπολογίζεται ο μέσος όρος των εργασιών και των 2 τελικών εξετάσεων.