Samenvatting Thermische energie: installatiecomponenten Industrieel ingenieur derde bachelor Elektromechanica UGent. Op het examen wordt altijd een mooi aandeel van de score geplaatst op theorie, de slides van de les zijn tamelijk sober. Deze samenvatting bezit alle tips en beklemtoningen die werd...
, INLEIDENDE HOOFDSTUKKEN
In de slides die voor de theorie van dit opleidingsonderdeel gebruikt worden begint de prof met volgende
hoofdstukken.
• Vormen van warmteoverdracht
• Conductieve warmteoverdracht
• Conductie: technologische aspecten
• Convectie: grenslaagtheorie
• Bepaling van de warmteoverdrachtcoëfficiënt
Vormen van warmteoverdracht Vormen van warmteoverdracht 3
,1. VORMEN VAN WARMTEOVERDRACHT
Dit hoofdstuk handelt over de energievorm “warmte” en de wetten die de overdracht hiervan beheersen,
waarbij men steeds moet bedenken dat:
➢ de warmte afkomstig van een eerste systeem moet volledig worden opgenomen door het
tweede systeem.
➢ De warmteoverdracht gebeurt steeds van het systeem op de hogere temperatuur naar het
systeem op de lagere temperatuur.
VORMEN VAN WARMTEOVERDRACHT
Er zijn drie basiscategorieën in warmteoverdrachtsprocessen:
➢ de warmtegeleiding of conductie
➢ de convectie
➢ de (elektromagnetische) straling
Het gebeurt zelden dat één van bovenstaande categorieën alleen voorkomt, meestal zal een combinatie
voorkomen van twee of alle drie. Een voorbeeld hiervan is een kookpot opwarmen:
CONDUCTIE
Conductie is de term die het mechanische aanduidt van de interne energie-uitwisseling van een lichaam
naar een ander lichaam of tussen diverse delen van eenzelfde lichaam. De voornaamste karakteristiek
van de conductie is dat deze zich kan voordoen zonder massatransport. Over het algemeen kan conductie
voorkomen op twee wijzen:
➢ Energietransfer van moleculen met hogere energie naar moleculen met lagere energie.
Waarbij een warm materiaal, met sneller bewegende deeltjes, tegen een koud materiaal
gehouden wordt waardoor de koude deeltjes sneller zullen bewegen en de warme trager,
er wordt een soort ‘balans’ gevormd tussen de twee met der tijd. Een grotere
bewegingssnelheid zorgt dus voor een hogere temperatuur.
o Voorwaarde: Temperatuurgradiënt en moleculen
Vormen van warmteoverdracht Vormen van warmteoverdracht 4
, ➢ Het verplaatsen van vrije elektronen bij warmteoverdracht. Het spreekt voor zich dat dit niet
voor ieder materiaal even toepasselijk is, dit komt dan ook voornamelijk voor bij vaste
metalen die in bezit zijn van een ‘zee’ van elektronen.
BASISWET CONDUCTIE
De basiswet van conductie steunt op het energietransport ten gevolge van een temperatuurgradiënt.
Deze wordt het best geïllustreerd met onderstaande figuur die een oneindig uitgestrekte vlakke wand
representeert, waaruit men een sectie met oppervlakte A neemt. Als T1 en T2 de constante temperaturen
zijn aan beide zijden, dan heeft men voor een wand met dikte ∆x, dat de hoeveelheid energie q die per
tijdseenheid wordt overgedragen gegeven is door:
𝑄̇𝑥 𝑑𝑇
= −𝑘. (𝑤𝑒𝑡𝑣𝑎𝑛𝐹𝑜𝑢𝑟𝑖𝑒𝑟)
𝐴 𝑑𝑥
𝑄̇
= −𝑘. ∇𝑇(𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑒𝑒𝑙)
𝐴
➢ 𝑄̇𝑥 en 𝑄̇ : warmtedebiet [W]
𝑄̇ 𝑊
➢ : warmteflux [ ]
𝐴 𝑚2
𝑊
➢ k: thermische geleidbaarheid in [ ]
𝑚.𝐾
THERMISCHE GELEIDBAARHEID
Afhankelijk van de aggregatietoestand waarin een stof zich bevindt zullen deeltjes zich anders voordoen
in de stof. Dit heeft dan ook een gevolg voor de thermische geleidbaarheid k:
➢ Gas:
o Kinetische gastheorie beschrijft dat voor lage drukken: k~√𝑇 en onafhankelijk van
de desbetreffende druk
o Bij hoge drukken zal deze toch drukafhankelijk zijn
➢ Vloeistoffen en vaste stoffen:
o k is afhankelijk van de temperatuur en quasi onafhankelijk van de druk. Dit is het
gevolg van het feit dat vloeistoffen en vaste stoffen een pak minder samendrukbaar
zijn dan gassen. Hierbij is de thermische geleidbaarheid meestal isotroop, maar kan
ook anisotroop zijn zoals bij houtvezels.
Vormen van warmteoverdracht Conductie 5
, Een belangrijke eis bij het bepalen van de thermische geleidbaarheid is dat vloeistoffen en gassen in
stilstand moeten zijn. Volgende getallen zijn gangbare waarden:
➢ Vaste stoffen
o Aluminium: 229 𝑊 ⁄𝑚. 𝐾
o Staal: 42,9 𝑊 ⁄𝑚. 𝐾
Bij metalen is de thermische geleidbaarheid hoger dan bij niet-metalen door het voorkomen van
de vrije elektronen die naast de botsing van de atomen ook hun bijdrage leveren aan
warmteoverdracht.
➢ Vloeistoffen
o Water: 0,597 𝑊 ⁄𝑚. 𝐾
o NH3: 0,485 𝑊 ⁄𝑚. 𝐾
➢ Gassen
o Lucht: 0,0257 𝑊 ⁄𝑚. 𝐾
o CO2: 0,0165 𝑊 ⁄𝑚. 𝐾
Onderstaan de figuren plotten per aggregatietoestand de thermische geleidbaarheid k uit in functie van de
temperatuur. Bij de gassen merken we het k~√𝑇 verband op.
CONVECTIE
Convectie is de term die wordt gebruikt bij het warmteoverdrachtsmechanisme waarbij de warmte zich
verplaatst in een fluïdum door menging van een deel hiervan met een ander deel fluïdum op een andere
temperatuur. Hierbij zal menging teweeg gebracht worden door beweging van de fluïdummassa zelf. Er is
eigenlijk sprake van conductie ter hoogte van het oppervlak met daarbij warmte getransporteerd
door het bewegende fluïdum. Deze beweging kan gedwongen of vrij zijn:
➢ Vrije of natuurlijke convectie: stroming door densiteitsverschil, afkomstig van
temperatuurverschil
➢ Gedwongen convectie: stroming door externe bron
Vormen van warmteoverdracht convectie 6
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
√ Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, Bancontact of creditcard voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper EMstudentje. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €5,49. Je zit daarna nergens aan vast.
