Il corso di Trasmissione del Calore (TC)

Numero di Crediti: 6 su 12 (termodinamica e trasmissione del calore)

Collocazione: II Anno - I e II semestre 


Propedeuticità: Fisica, Matematica II.

Libro di testo e letture consigliate

  • G. CUCCURULLO, Elementi di Termodinamíca e Trasmissione del Calore, MAGGIOLI, 2016 

 

Per ulteriori letture si consigliano i seguenti testi:

  • ECKERT, DRAKE, Analysis of Heat and Mass Transfer, McGraw-Hill

  • OZISIK, Heat transfer: a basic approach, McGraw-Hill Book

  • MYERS, Analytical methods in conduction Heat Ttransfer, Genium Pub

  • GUGLIELMINI, PISONI, Elementi di trasmissione del calore, Veschi

  • BEJAN, Convection Heat transfer, Wiley

  • Michael Moran, Howard N. Shapiro, Bruce R. Munson, David P. DeWitt, Elementi di Fisica tecnica per l'ingegneria, Mc Graw Hill

Finalità - Objectives

 L'obiettivo del corso di Termodinamica e Trasmissione del Calore è quello di fornire le conoscenze dei principali concetti relativi alla termodinamica, ai sistemi di conversione dell'energia e alla trasmissione del calore. Il corso, collocato al secondo anno, è di 12 crediti con una durata articolata su due semestri; di questi, il primo è dedicato alla termodinamica, il secondo alla trasmissione del calore. La prima parte del corso sarà tenuta dal prof. Renno, la seconda dal prof. Cuccurullo. Per il proficuo raggiungimento degli obiettivi prefissati sono richieste conoscenze matematiche e fisiche di base.

Con riferimento, in particolare, alla parte dedicata alla trasmissione del calore si segnala che l'insegnamento contempla lezioni teoriche ed esercitazioni in aula. Sono previste visite in laboratorio ed esercitazioni con l'ausilio del calcolatore. Nelle esercitazioni in aula vengono assegnati agli studenti esercizi numerici opportunamente scelti con lo scopo di approfondire i concetti appresi nel corso delle lezioni teoriche. Le esercitazioni al calcolatore sono tese ad evidenziare i limiti e i pregi delle soluzioni analitiche disponibili. 

Alcuni esercizi, relativi a tutti gli argomenti trattati durante il corso e sufficienti al superamento della prova scritta, sono disponibili su questo stesso sito.

Per il proficuo raggiungimento degli obiettivi prefissati sono richieste conoscenze matematiche e fisiche di base e, quindi, sono richiesti propedeuticamente i corsi di base di matematica e fisica.

 

L’insegnamento prevede 60 ore di didattica assistita ripartite tra 40 ore di didattica nella forma di lezioni e 20 ore di esercitazioni. Nelle esercitazioni in aula vengono assegnati agli studenti esercizi numerici opportunamente scelti con lo scopo di approfondire i concetti relativi alla termodinamica e alla trasmissione del calore. durante le esercitazioni i docenti guidano gli studenti nello svolgimento del problema assegnato con lo scopo di sviluppare e rafforzare le capacita’ dello studente nell’affrontare l’applicazione.

The aim of the course of thermodynamics and heat transfer is to provide for the knowledge of the main concepts of thermodynamics, energy conversion systems and heat transfer. the course, located on the second year within the first cycle degree in mechanical engineering, is of 12 credits with a duration on two semesters. the former is devoted to the study of thermodynamics and the latter to heat transfer. 

For the successful achievement of the objectives, the knowledge of the basic notions as given in the first year courses of mathematics and physics, is required.

the course includes 60 hours of assisted didactics, arranged in 40 hours of frontal theoretical lessons and 20 hours of classroom exercises. Numerical exercises suitably selected are assigned to students with the purpose of deepening the concepts concerning thermodynamics and heat transfer. during the exercises the teachers assist the students with the purpose of developing and strengthening the student's ability in addressing the application while recalling the subtended theoretical concepts.

Programma - Contents

Introduzione al corso. Gli obiettivi della trasmissione del calore. Equazioni dei bilanci ed equazioni particolari per la trasmissione del calore. 

Conduzione 
Il bilancio dell'energia e le condizioni al contorno. Adimensionalizzazione. Problemi di conduzione unidimensionale. Sistemi alettati. I transitori termici: problemi omogenei e problemi non omogenei. Modelli di corpo a parametri concentrati e corpo semi infinito. Cond. al contorno oscillanti nel tempo. Soluzioni analitiche e grafiche. 

Convezione 
Classificazione della convezione. Il numero di Nusselt. Le equazioni dei bilanci: conservazione della massa; bilancio della quantità di moto; bilancio dell'energia. Le semplificazioni dello strato limite dinamico e termico. Soluzione approssimata del campo termo-fluidodinamico: campo di velocità e campo di temperatura per lastra isoterma. Moto in condotti. Regioni di ingresso e completamente sviluppata. Scambiatori di calore. 

Irraggiamento 
La radiazione termica. Intensità della radiazione. Corpo nero. Caratteristiche radiative di superfici opache: emissione - assorbimento - riflessione, definizioni e modelli. Relazione tra l'emissione, l'assorbimento e la riflessione. Superfici speciali. Scambio termico tra superfici. Cenni sull'irraggiamento ambientale. 

 

Course contents

Basic Modes of Heat Transfer
The Relation of Heat Transfer to Thermodynamics
Heat Conduction
The Conduction Equation
Steady Heat Conduction in Simple Geometries 
Extended Surfaces 
Unsteady Heat Conduction 
Heisler Charts 
Analysis of Convection Heat Transfer 
Boundary Layer Fundamentals 
Conservation Equations of Mass, Momentum, and Energy for Laminar Flow Over a Flat Plate 
Dimensionless Boundary Layer Equations and Similarity Parameters 
Evaluation of Convection Heat Transfer Coefficients 
Similarity Parameters for Natural Convection 
Forced Convection Inside Tubes 
Analysis of velocity and temperature fields
bulk temperature and heat transfer coefficient fon internal convetion
Heat Transfer by Radiation 
Thermal Radiation: spectral and directional features, intensity of the radiation for calculating the radiative heat fluxes
Blackbody Radiation 
Radiative models
Enclosures with diffuse Gray Surfaces 

Modalità d'esame

Il livello di raggiungimento degli obiettivi dell'insegnamento è certificato mediante il superamento di un esame con valutazione in trentesimi.  Gli studenti devono sostenere prima l’esame (scritto ed orale) relativo alla parte di termodinamica del corso che si tiene nel primo semestre, e successivamente l’esame (scritto ed orale) relativo alla parte di trasmissione del calore del corso che si tiene nel secondo semestre. 
Alla fine del primo semestre lo studente ha la possibilità di sostenere subito l’esame relativo alla parte di termodinamica, in modo analogo alla fine del secondo semestre lo studente ha la possibilità di sostenere subito l’esame relativo alla parte di trasmissione del calore.
Per accedere agli esami orali occorre superare le suddette prove scritte con un voto minimo di 18/30. il voto della prova scritta e’ suddiviso in quattro fasce (a, b, c, d per termodinamica, s, m, b, o per trasmissione del calore). I risultati delle prove scritte sono disponibili sulle pagine web dei docenti e gli esami orali si terranno mediamente a sette giorni di distanza dalla prova scritta. 
Lo scopo della prova scritta è valutare le capacità operative dello studente nell’affrontare problemi di termodinamica applicata e trasmissione del calore. La prova scritta di trasmissione del calore comprende uno o due esercizi da svolgere in 2 ore. Gli esercizi riguardano problemi di scambio termico combinato. Per la soluzione degli esercizi occorre eventualmente avvalersi di materiale didattico complementare (formule, diagrammi, tabelle) reperibile sul testo di cui e’ autore G. Cuccurullo ovvero su questo sito. La prova orale è tesa ad approfondire il livello delle conoscenze teoriche, l’autonomia di  analisi  e  giudizio,  nonché  le  capacità  espositive  dell’allievo.  

Durante l’esame orale di trasmissione del calore possono essere poste domande su tutti gli argomenti in programma.
Il livello di valutazione minimo (18/30) è attribuito quando lo studente dimostra una limitata conoscenza dei concetti fondamentali della termodinamica e della trasmissione del calore, e una scarsa capacità espositiva. 
Il livello massimo (30/30) è attribuito quando lo studente dimostra una conoscenza completa ed approfondita dei principi fondamentali degli argomenti suddetti e dei metodi, ed è in grado di risolvere i problemi proposti individuando le soluzioni più opportune.  
Il voto finale si ottiene come media dei voti conseguiti in termodinamica e trasmissione del calore. 
La lode viene attribuita quando il candidato dimostra significativa padronanza dei contenuti teorici ed operativi, e mostra di saper presentare gli argomenti con notevole proprietà di linguaggio e capacità di elaborazione autonoma, anche in ambiti diversi da quelli proposti dal docente.  

 

The useful achievement of the course objectives is certified by passing an exam with the final matk expressed in thirtieths. Students must overcome the examination (written and oral) for both parts in which the course is subdivided, according to their cronological order.

At the end of the first semester the student has the possibility of taking the exam related to the thermodynamics part. In the same fashion, immediately at the end of the second half the student has the possibility of taking the heat transfer exam. The minimum rating to pass the tests is 18/30. The score of the written tests is divided into four bands. The results of the written test are available on the teachers 'web pages and the oral exams will be held, approximately, within seven days distance from the written test.

The purpose of the written test is to assess the student's operative capabilities in addressing the problems of applied thermodynamics and heat transfer. The written heat transfer test includes one or two exercises to be carried out in 2 hours. The exercises concern combined heat exchange problems. For the solution of the exercises it is necessary to use complementary didactic material (formulas, diagrams, tables) available on the text authored by g. Cuccurullo or on this website.

The oral test is intended to deepen the level of theoretical knowledge, the autonomy of analysis and judgment, as well as the student's expositive capabilities. During the oral examination, questions may be asked about all the planned topics.

The minimum level of evaluation (18/30) is attributed when the student shows a limited knowledge of the fundamental concepts of thermodynamics and heat transfer, and a poor expositive capability. The maximum level (30/30) is attributed when the student shows a complete and in-depth knowledge of the fundamental principles of the above arguments and methods, and is able to solve the problems proposed by identifying the multiple solutions. The final vote is obtained as the average of the votes achieved in thermodynamics and heat transfer.

L'esame di "termodinamica e trasmissione del calore" (TTC) va sostenuto necessariamente secondo una delle seguenti modalità alternative:

MODALITA' 1): in un solo appello si sostengono scritto e orale sia di Termodinamica che di Trasmissione del Calore. Si consideri che, allo scopo di ridurre la densità di lavoro da parte degli allievi, l'esame scritto di TC ha luogo a distanza di qualche giorno da quello scritto di TD. Tipicamente, ma non necessariamente, l'esame di TC è calendarizzato una settimana dopo quello scritto di TD.

 

MODALITA' 2): si sostiene prima la prova di Termodinamica (scritto e orale) e successivamente la prova di Trasmissione del Calore (scritto e orale), esclusivamente in quest'ordine, purché il tutto avvenga al massimo entro DODICI MESI a far data da quella in cui è stato superato l'esame di TD. Ovviamente, l'anno si intende arrotondato alla fine del mese in cui è stato superato l'esame di TD nell'anno precedente. Per gli studenti fuori corso: la validità della prova scritta di Termodinamica si estende per sei mesi, arrotondati alla data del più vicino esame di TTC. La registrazione dell'esame di TTC avverrà nella stessa seduta in cui si è superata la prova di TC.

Fa eccezione alla regola sopra espressa, la sola seduta di giugno. In quest'ultimo caso, si può sostenere l'esame di TC a giugno purché entro luglio si sostenga TD (se TD non si supera, si perde anche TC). A luglio verrà registrato l'esame di TTC.

MODALITA' 3): solo con riferimento a TC e nel rispetto delle due modalità di cui sopra, a coloro che possono documentare un numero di presenze al corso superiore all'85% è data facoltà di accettare il voto dello scritto di TC come voto complessivo dell'esame di TC evitando l'esame orale. In tal caso, il voto di TC verrà stabilito secondo la tabella riportata in calce. Tale opzione va necessariamente esercitata entro il 31/12 dell'anno in cui si è seguito il corso. Non ci sono eccezioni. La procedura nasce per invogliare a SEGUIRE e STUDIARE contestualmente al fine di SOSTENERE L'ESAME entro breve termine dalla fine del corso.

Informazioni utili per l'esame di TC

In quanto segue, si fa specifico riferimento all'esame di TC.

La valutazione del raggiungimento degli obiettivi prefissati avverrà mediante prova scritta e colloquio orale. 

La prova scritta ha una durata minima di 1 ora e consiste in un numero variabile di quesiti. Il numero minimo di quesiti da risolvere correttamente varia in relazione al loro “peso”. L'accesso alla prova orale e' subordinato al superamento della prova scritta con votazione almeno pari a 18/30 (“Q”). La prova scritta mira a valutare la capacità di saper comprendere la traccia e, quindi, saperla formalizzare nell'appropriato modello fisico-matematico, con le assunzioni del caso; infine, è richiesta la corretta quantificazione numerica dei quesiti posti. La chiarezza dell’elaborato è altresì oggetto di valutazione e concorre a rifinire il voto.
Qualora si acceda alla prova orale, per scelta o per obbligo, il voto finale d'esame scaturisce dalla media egualmente pesata tra il voto conseguito allo scritto e quello relativo all'esame orale. Il voto minimo (18/30) alla prova orale e' conseguito mostrando sufficiente conoscenza degli argomenti trattati a lezione. Il voto massimo (30/30) e' attribuito allo studente che dimostri di padronanza degli argomenti trattati, proprietà di linguaggio e capacità di ragionamento. La lode e' attribuita al candidato che manifesta in maniera spiccata le peculiarità già illustrate in relazione al voto massimo e che, d'altra parte, abbia conseguito non meno di 28/30 (B/O) alla prova scritta. 

Le date inerenti alle prove di TC vengono rese note su questo sito che si invita a consultare con particolare riferimento alle pagine "calendario" e "news". Le date della prova scritta di TC si collocano a circa una settimana di distanza da quelle di TD. Successivamente, alla correzione della prova scritta verrà comunicato il calendario delle prove orali di TC.

Tabella definizione voti se si sceglie di evitare l'orale

A coloro che, avendone i requisiti, scelgono di non sostenere l'orale sarà assegnato un voto per l'esame di TC in ossequio la seguente tabella:

Voto scritto/Voto orale

  • "Q"/18

  • "Q/S" / 19

  • "S"/21

  • "S/M"/22

  • "M"/23

  • "M/B" oppure "B"/24

  • "O" oppure "B/O"/25
     

L'opzione di esonero dall'orale è valida fino al 31 dicembre dell'anno in cui è stato seguito il corso.

Coloro che sono abilitati, ovvero quelli ottemperanti alla quota minima delle presenze, rilevata  mediante rilevazione elettronica su questo sito al termine del corso di TC 2020, sono elencati nella tabella in calce.

© 2017 by Rino Cuccurullo

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