ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

ΓΕΝΙΚΑ

ΕΞΑΜΗΝΟ ΦΟΙΤΗΣΗΣ: 2ο
ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: Τεχνολογίες Αιχμής
ΠΙΣΤΟΤΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ: 7

ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ

Ανδρέας Μπουντουβής, Μιχ. Καβουσανάκης (ερευνητικός συνεργάτης)

ΣΤΟΧΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Το μάθημα έχει στόχο να προσφέρει στους φοιτητές:

1) Το θεωρητικό υπόβαθρο και την περιεκτική και συστηματική μαθηματική προτυποποίηση της μεταφοράς ορμής, θερμότητας και μάζας. Η προτυποποίηση των φαινομένων μεταφοράς είναι ενιαία επειδή βασίζεται αφ’ ενός στους φυσικούς νόμους διατήρησης στο συνεχές και αφ’ ετέρου στην ενιαία σχέση μεταξύ του ρυθμού μεταφοράς ενός φυσικού μεγέθους και της βαθμίδας του ‘δυναμικού’ της μεταφοράς. Από την ταυτόχρονη διατύπωση των νόμων διατήρησης προκύπτουν συζευγμένες διαφορικές εξισώσεις με μερικές παραγώγους που πρέπει να επιλυθούν ώστε να υπολογισθούν, ως συναρτήσεις του χώρου και του χρόνου, η ταχύτητα, πίεση, θερμοκρασία και συγκέντρωση διαφόρων συστατικών.

2) Tις απαραίτητες γνώσεις για την επίλυση των μαθηματικών προβλημάτων που προκύπτουν, τόσο με αναλυτικές μεθόδους (όπου είναι δυνατόν) όσο και με αριθμητικές μεθόδους (όπου είναι απαραίτητο).

Αν και είναι σχετικά νεότευκτο μάθημα, τα ‘Φαινόμενα Μεταφοράς’ έχουν καθιερωθεί πλέον ως βασικό μάθημα στις επιστήμες του μηχανικού, απαραίτητο για την προτυποποίηση φυσικοχημικών διεργασιών και συστημάτων με σύγχρονες τεχνολογικές εφαρμογές όπως στη βιοτεχνολογία, μικροηλεκτρονική, νανοτεχνολογία και επιστήμη των πολυμερών.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Βασικές έννοιες μεταφοράς ορμής, θερμότητας και μάζας σε μικροσκοπική κλίμακα (συνεχές) και σε μοριακή κλίμακα. Εισαγωγή στην ενιαία μαθηματική προτυποποίηση νόμων διατήρησης μάζας, ορμής και ενέργειας. Διάκριση και σύζευξη μηχανισμών μεταφοράς με διάχυση και συναγωγή. Ολοκληρωτικές και διαφορικές εξισώσεις διατήρησης ορμής σε ισοθερμοκρασιακές συνθήκες. Συνοριακές (και διεπιφανειακές), αρχικές και ασυμπτωτικές συνθήκες. Καταστατικές σχέσεις τάσης-παραμόρφωσης και στοιχεία ρεολογίας. Αναλυτική και υπολογιστική επίλυση επιλεγμένων προβλημάτων στρωτής ροής (μονο- και δι-διάστατης, μόνιμης και χρονικά μεταβαλλόμενης).Oριακό στρώμα. Στοιχεία τυρβώδους ροής. Θερμική αγωγιμότητα και μηχανισμοί μεταφοράς ενέργειας. Ολοκληρωτικές και διαφορικές εξισώσεις διατήρησης σε μη ισοθερμοκρασικές συνθήκες. Αναλυτική και υπολογιστική επίλυση επιλεγμένων προβλημάτων μεταφοράς θερμότητας (μονο- και δι-διάστατης, μόνιμης και χρονικά μεταβαλλόμενης).Εφαρμογές μακροσκοπικών ισοζυγίων σε μη ισοθερμοκρασικές συνθήκες. Διάχυση και μηχανισμοί μεταφοράς μάζας. Αναλυτική και υπολογιστική επίλυση επιλεγμένων προβλημάτων μεταφοράς μάζας (μονο - και δι-διάστατης, μόνιμης και χρονικά μεταβαλλόμενης). Υπολογιστική ανάλυση επιλεγμένων περιπτώσεων συνδυασμένης μεταφοράς ορμής, μάζας και θερμότητας – Ασκήσεις Υπολογιστικού Εργαστηρίου.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

R. B. Bird, W. E. Stewart and E. N. Lightfoot, Transport Phenomena, Wiley, New York, 2nd ed. (2002).
W. M. Deen, Analysis of Transport Phenomena, Oxford University Press (1998).