Course syllabus

Kurs-PM

KAA060 Transport phenomena in chemical engineering lp2 HT19 (7,5 hp)

Kursen ges av institutionen för Kemi och kemiteknik

Kurs PM finns under kursinformation

 

Kontaktuppgifter

Föreläsningar/Examinator: Anders Rasmuson (rasmuson@chalmers.se)

Räkneövningar: Ida Friberg (ida.friberg@chalmers.se)
Mohammad Tamadondar (mohtam@chalmers.se)
You Wayne (cheah@chalmers.se)

Beräkningslaboration: Cedrik Wiberg (cedrikw@chalmers.se)

Laboration 1: Walter Arbelaez (arbelaez@chalmers.se)

Laboration 2: Oliver Olsson (oolsson@chalmers.se)

 

Kursens syfte

Kunskap om transportprocesser, dvs transport av impuls, värme och massa, är av
grundläggande betydelse för den industriellt verksamme kemiteknikern liksom för
forskning i kemiteknik. Exempel utgör design av separationsutrustning, kemiska
reaktorer och värmeväxlare.

Kursen vill ge en grundläggande förståelse av transport av impuls, värme och
massa samt ge en inblick i hur dessa kunskaper tillämpas i kemitekniska
sammanhang.

 

Schema

Schema finns under kursinformation och är vad som gäller under kursens gång!

TimeEdit

 

Kurslitteratur

Welty, J.R., G.L. Rorrer och D.G. Foster: Fundamentals of momentum, heat and
mass transfer, 6:e ed., Wiley 2015.

samt utdelat material.

 

Kursens upplägg

Undervisningen består av föreläsningar som täcker de grundläggande teoretiska
delarna av kursen; räkneövningar med dels genomgång i helklass och övningsgrupper och dels självverksamhet i övningsgrupper; två laborationer och en beräkningslaboration.

Principerna för impulsens, energins och massans konstans formuleras.

Ideala och verkliga fluida, friktion och viskositet, kompressibilitet och
laminär/turbulent strömning diskuteras. Kontinuitets-, Bernoullis och
Navier-Stokes ekvationer uppställs och tillämpas på enkla strömningsfall. De
grundläggande egenskaperna för turbulent strömning genomgås liksom strömning
med friktion i laminära och turbulenta gränskikt. Beräkningar av tryckfall i
rör och rördetaljer genomförs och några enkla metoder för flödes- och
tryckmätning behandlas. Strömning runt fasta kroppar, avlösningsfenomen och
fasta partiklars fallhastigheter i fluida ger en grund för behandlingen av de
tekniskt intressanta tillämpningarna strömning i porösa medier och
fluidisering.

Värmeöverföring med ledning behandlas och Fourier's lag uppställs. Fallen fri
och påtvingad konvektion tas upp och värmeöverföringskoefficienter definieras.
Medströms- och motströmsförfarande vid värmeväxling berörs och
medeltemperaturdifferensen beräknas. Skillnaden mellan serie- och
parallellkopplade system tas upp. Den generella värmetransportekvationen ställs
upp och tillämpas på några enkla fall.

Den för kemiteknikern centrala transportprocessen massöverföring behandlas
ingående. Diffusiv transport diskuteras och Fick's lag formuleras. Skillnaden
mellan konvektiv och diffusiv transport betonas och specialfallen ekvimolekylär
diffusion och diffusion genom stagnant komponent tas upp. Diffusion i porösa
material berörs kortfattat. Massöverföring över fasgränsytor,
massöverföringkoefficienter samt massöverföring till partiklar och i packade
bäddar tas upp. Den så kallade filmteorin härleds och tillämpas på något enkelt
absorptionsfall. Generella masstransportekvationer härleds, instationär
masstransport behandlas och penetrationsteorin ställs upp.

Det för bl a torkning så viktiga fallet med kopplad värme- och masstransport
berörs. Analogier mellan impuls-, värme- och massöverföring behandlas ingående
liksom framtagande av dimensionslösa tal.

Två laborationer (lab1: samling i rum 2190; lab2: samling i rum 2245, KAT/KRT bibliotek) och en beräkningslaboration ingår i kursen och görs i projektgrupper. Dessa behandlar dels enkla strömningsfenomen och dels transportprocesser i mer komplicerad apparatur. Lab 2 är uppdelad i en experimentell och en utvärderings-del, schemalagda vid olika tillfällen.

 

Lärandemål

 

Kursen ger grundläggande kunskap och förståelse av transport av rörelsemängd, värme och massa och hur dessa kunskaper tillämpas i kemitekniska sammanhang.

Detaljerade lärandemål:

• Förstå fysikaliskt och ställa upp uttryck för transportmekanismer
• Förstå och kunna ställa upp balanser (makroskopiska och differentiella)
• Förstå och kunna tillämpa Bernoullis ekvation
• Kunna tillämpa dimensionsanalys och förstå fysikaliskt och ställa upp uttryck för de vanligaste dimensionslösa talen (Re, Nu (värme/massa), Gr (värme/massa), Pr, Sc)
• Förstå skillnaden mellan laminär och turbulent strömning
• Fysikalisk förståelse av strömning runt fasta kroppar
• Förstå och kunna tillämpa begreppen strömningsmotstånd och tryckfall
• Förstå och kunna tillämpa begreppet gränsskikt för rörelsemängd, värme och massa
• Förstå och kunna tillämpa transportmotstånd i serie
• Förstå och kunna tillämpa begreppen fri och påtvingad konvektion
• Förstå principen och kunna tillämpa begreppet värmeväxling (med- och motström)
• Förstå och kunna tillämpa film teorin
• Förstå och kunna tillämpa analogier mellan transport av rörelsemängd, värme och massa

 

Examination

Kursen avslutas med skriftlig tentamen. Tentamen består av två delar. Del A är
en teoridel omfattande 24 p av tentamens 60 p. Del B, omfattande 36 p, är en
problemdel. För att erhålla betyget godkänd på tentamen fordras att 50 % av
uppgifterna, dvs 30 p, är godkända.

På Del A är inga hjälpmedel tillåtna.

På Del B är följande hjälpmedel tillåtna:

Kursboken
Räknetabell (exvis TEFYMA eller BETA)
Physics Handbook

Valfri räknedosa av standardtyp (nollställd)

Tentamen är på fem timmar.

 

Notera att kursen innehåller nedanstående fyra obligatoriska moment som görs i projektgrupper:

• Lab 1 - Praktisk problemlösning
• Lab 2 - Våtväggskolonn
• Labseminarium Lab 2
• Datalab