Faglig innhold

De fleste prosesser inneholder strømning av fluider, samt varmeoverføring. Det er mange likheter i hvordan råstoff blir produsert til ulike sluttprodukter i prosessindustrien. For eksempel brukes de samme teoretiske strømningsprinsippene til å beregne transport av flytende biometan i et rør, som melkestrømmen i et meieri. Tilsvarende for varmeoverføring, som er like viktig i material- og kjemikalieproduksjon, som i mange biologiske prosesser. 

Emnet er delt i to deler hvorav den første delen omhandler fundamental fluiddynamikk og den andre delen praktiske strømnings- og varmetransportberegninger. I løpet av semesteret vil teorien bli anvendt på industrielle utfordringer innen (bio)kjemiteknikk, miljøteknikk og materialteknologi.

Den første delen starter med en innføring i statikk og krefter i væsker i ro. Videre behandles kraftbalanser i fluider og potensialstrømning, samt Eulers og Bernoullis likninger utledet og benyttet i forskjellige eksempler. Viskositetsbegrepet blir innført og friksjonstap blir introdusert i praktiske strømningsberegninger i rør, armaturer og strømningsmålere for inkompressible media. Kompressibel strømning i rør og dyser gjennomgås og likninger for kritisk- , sub- og supersonisk strømning utledes.

I varmetransportdelen starter man med Fouriers lov og konduksjon i plane og sylindriske geometrier med ett eller flere sjikt. Videre introduseres konvektiv varmeovergang og totale varmegjennomgangstallet i ulike geometrier. Empiriske korrelasjoner for varmeovergangstallet for tvungen konveksjon gjennomgås for ulike geometrier, både for innvendig og utvendig strømning og legger grunnlaget for dimensjonsanalysen. Naturlig konveksjon, koking og kondensasjon gjennomgås for ulike geometrier, og relevante korrelasjoner presenteres. Grunnlaget for varmetransport ved stråling behandles, synsfaktorer introduseres, en generell likning for stråling mellom to flater utledes og benyttes på enkle geometrier og mer komplekse reaktorvegger, og til slutt presenteres stråling og absorpsjon i gasser. I den transiente varmeoverføringsdelen presenteres oppvarming og avkjøling ved neglisjerbar varmeovergangsmotstand sammen med den transiente varmeoverføringen ved 'semi-infite solid.

Beregninger utføres på relevante industrielle applikasjoner som for eksempel høytemperatur reaktorer og varmevekslere. 

Læringsutbytte

Etter fullført kurs skal studenten kunne:

- bruke kraftbalanser på kontrollvolumer.

- grunnlaget for og utledning av Eulers og Bernoullis likninger.

- beregne trykkfall, friksjonstap og hastigheter i rørledningsnett både for inkompressible og kompressible fluider.

- de ulike mekanismene for varmetransport inklusive koking og kondensasjon.

- beregne varmeovergangstall og totale gjennomgangstall for plan, sylindrisk og sfærisk geometri. - beregne varmetransport ved stråling for enkle og mer kompliserte geometrier (reaktorer).

- beregne stråling og absorpsjon i gasser.

- identifisere når man kan neglisjere varmeovergangsmotstand eller bruke den "semi-infinite solid" tilnærming for å beregne den transiente varmetransporten og temperaturer.

-bruke de presenterte transiente varmetransport metodene for å beregne varmeoverføringen eller de aktuelle temperaturene i ikke-stasjonære system.

- beregne størrelse på utvalgte typer varmevekslere.

- bruke Python for å løse enkle varmetransport- and strømningsproblemer.

Læringsformer og aktiviteter

Problembasert læring og forelesninger med innlagte øvingsoppgaver. 8 av 13 obligatoriske regneøvingene må minimum være godkjent for å få adgang til eksamen hvor 4 må være blant øving nr 8-13.

Forventet arbeidsbelestning på en uke: 6 timer forelesning, 2 timer med øving og 5 timer selvstudium.

Obligatoriske aktiviteter

• Øvinger

Anbefalte forkunnskaper

Basiskunnskaper i termodynamikk, balanseligninger og fysikalsk kjemi.

Kursmateriell

C. Geankoplis: Transport processes and unit operations, 4 ed., Prentice-Hall, 2003.

Studiepoengreduksjon