TKP4100 Strømning og varmetransport

De fleste prosesser inneholder strømning av fluider, samt varme og masseoverføring. 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.

I strømning gis det 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. Introduksjon til Navier Stokes' ligning og anvendelser i enkle strømningsproblemer.

I varmetransport inneholder 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.

Videre introduksjon til grunnleggende massetransport gis og forhold og ingeniørmessige sammenhenger ved konvektiv varme- og masseoverføring diskuteres.

I løpet av semesteret vil teorien bli anvendt på industrielle utfordringer innen (bio)kjemiteknikk, miljøteknikk og materialteknologi. Beregninger utføres på relevante industrielle applikasjoner som for eksempel høytemperatur reaktorer og varmevekslere.

Relevans til bærekraft. Utvikling av energieffektive kjemitekniske prosesser er en viktig del av bærekraft utvikling i norsk prosessindustri. Flere av temaene i emnet er direkte relevante for bærekraft utvikling i industri. For eksempel design av varmevekslere muliggjør effektiv gjenvinning av varme. Valget av materialer, bruk av isolasjon og design av prosessenhet hjelper å minimere av varmetap. Videre beregning av pumpekraft, hodetap eller trykkfall for væskestrømmer, hvorved valg av områder av drift av strømningsprosesser gir effektiv energiutnyttelse.