آموزش رایگان انتقال حرارت

درس «انتقال حرارت استاد دکتر محمدرضا مراد» در نیم‌سال دوم سال تحصیلی 99-98، در دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی شریف ارائه شده‌است.

علم انتقال گرما یا انتقال حرارت به تحلیل آهنگ انتقال گرما در سیستم می‌پردازد. این علم ازاین‌جهت با ترمودینامیک متفاوت است که در آن از شارش حرارت و ارتباط آن با دما، زمان و مکان صحبت خواهد شد. در ترمودینامیک محاسبه تغییرات دما با زمان و ارتباط شارش حرارت با دما هدف نیست بلکه از حرارت به‌عنوان ورودی و خروجی‌های یک سیستم در تحلیل قوانین کلی ترمودینامیکی استفاده می‌شود. انتقال انرژی از طریق شارش گرما ازآنجاکه به یک کمیت قابل اندازه‌گیری به نام دما ارتباط دارد، دارای مفهوم فیزیکی است.

گرما نوعی انرژی است که به علت اختلاف دما بین دو سیستم، از یکی به دیگری منتقل می‌شود و می‌تواند از مرز یک سیستم عبور کند. دما معیاری است برای تعیین میزان گرمی یا سردی یک جسم. سامانه یا سیستم مجموعه یا گروهی از اشیاء مرتبط یا غیرمرتبط است که هدف یا اهدافی خاص را دنبال می‌کنند، به‌گونه‌ای که واحدی پیچیده را تشکیل دهند. یک سامانه معمولاً دربرگیرنده بخش‌ها و عناصری است که به‌هم‌پیوسته شده‌اند تا جریان و روند داده‌ها، ماده یا انرژی را آسان‌تر سازند. یک سامانه معمولاً واحدهایی دارای برهم‌کنش دارد که برای آن‌ها می‌توان الگوهای ریاضی تشکیل داد. شرط انتقال حرارت اختلاف دما است. اگر دو سیستم در حال ارتباط با یکدیگر هم‌دما نباشند، گرما از ناحیه پر دما (گرم) به ناحیه کم دما (سرد) جریان می‌یابد و این جریان تا زمانی ادامه می‌یابد که دو سیستم هم‌دما شوند. چون گرما به دلیل وجودِ گرادیان دمایی شارش می‌یابد، دانستن توزیع دما ضروری است؛ بنابراین در این درس توزیع دمای مکانی در جسم و محاسبه آن حائز اهمیت است. همچنین اگر توزیع دما با زمان متغیر باشد دانستن این تغییر نیز در این درس حائز اهمیت و مورد هدف است.

در علوم مهندسی، جابه‌جایی گرما شامل فرآیندهای رسانش گرمایی، تابش گرمایی، همرفت یا جابه‌جایی می‌شود و اغلب بیش از یکی از این فرآیندها در حال رخ‌دادن است. در انتقال گرمای رسانشی، رسانش گرما حالتی از جابه‌جایی انرژی، درون یا بین بدنه اجسام از طریق ذرات تشکیل‌دهنده جسم است. رسانش در همه شکل‌های ماده صورت می‌گیرد، یعنی در جامدها، مایع‌ها، گازها و پلاسماها. در رسانش، بر خلاف همرفت و تابش گرمایی، گرما از درون خود جسم شارش می‌یابد. در انتقال حرارت همرفت حرکت جمعی ذرات یک سیال و یا همان سرعت سیال باعث انتقال گرما بین سیال و یک سطح می‌شود. در انتقال حرارت تابش یا تشعشع نیز امواج الکترومغناطیس بین دو سطح باعث انتقال حرارت بین آن دو سطح می‌شود. انتقال گرمای رسانشی و جابه‌جایی نیازمند گرادیان دما در ماده است. اما انتقال گرمای تشعشعی به محیط مادی نیاز ندارد. تشعشع فرایند بسیار مهمی است و از نظر فیزیکی یکی از جالب‌ترین نوع انتقال گرماست. بسیاری از فرایندهای گرمایش، سرمایش، خشک‌کردن، احتراق سوخت‌های فسیلی و تابش خورشید با تشعشع سروکار دارند.

درس انتقال حرارت در مقاطع تحصیلی کارشناسی ارائه می‌شود و پیش‌نیازهای این درس عبارتند از ریاضیات مهندسی و ترمودینامیک.