Modelarea și simularea conducției termice. Îndrumar de laborator

  CUPRINS:
I. CONDUCTIA TERMICA IN REGIM STATIONAR - FARA SURSE INTERNE 13

Laborator 1. TRANSFERUL DE CALDURA PRIN PERETE PLAN, OMOGEN (1D, STATIONAR) 14
Introducere 14
Datele problemei 14
Cerinte 15
Rezolvare 15
Concluzii 39

Laborator 2. TRANSFERUL DE CALDURA PRIN PERETE CILINDRIC, OMOGEN (1D, STATIONAR) 40
Introducere 40
Datele problemei 40
Cerinte 41
Rezolvare 41
Concluzii 48

Laborator 3. TRANSFERUL DE CALDURA PRIN PERETE SFERIC, OMOGEN (1D, STATIONAR) 50
Introducere 50
Datele problemei 50
Cerinte 51
Rezolvare 51
Concluzii 57

Laborator 4. TRANSFERUL DE CALDURA PRIN PERETE PLAN, NEOMOGEN (1D, STATIONAR) 58
Introducere 58
Datele problemei 59
Cerinte 60
Rezolvare 60
Concluzii 70

Laborator 5. TRANSFERUL DE CALDURA PRIN PERETE CILINDRIC, NEOMOGEN (1D, STATIONAR) 71
Introducere 71
Datele problemei 72
Rezolvare 73
Concluzii 78

Laborator 6. TRANSFERUL DE CALDURA PRIN PERETE SFERIC, NEOMOGEN (1D, STATIONAR) 79
Introducere 79
Datele problemei 80
Cerinte 80
Rezolvare 81
Concluzii 91

II. CONDUCTIA TERMICA PRIN SUPRAFETE EXTINSE 93

Laborator 7. CONDUCTIA TERMICA PRIN SUPRAFETE EXTINSE -NERVURI LONGITUDINALE DREPTUNGHIULARE 94
Introducere 94
Datele problemei 95
Cerinte 96
Rezolvare 97
Concluzii 108

Laborator 8. CONDUCTIA TERMICA PRIN SUPRAFETE EXTINSE - NERVURI LONGITUDINALE
TRIUNGHIULARE 110
Introducere 110
Datele problemei 111
Cerinte 111
Rezolvare 112
Concluzii 121

Laborator 9. CONDUCTIA TERMICA PRIN SUPRAFETE EXTINSE -NERVURI RADIALE 123
Introducere 123
Datele problemei 124
Cerinte 124
Rezolvare 125
Concluzii 134

III. CONDUCTIE IN REGIM TRANZITORIU - FARA SURSE INTERNE 135

Laborator 10. TRANSFERUL DE CALDURA IN REGIM TRANZITORIU PRIN ARBORI CILINDRICI
MASIVI (1D RADIAL)136
Introducere 136
Datele problemei 136
Cerinte 136
Rezolvare 137

Laborator 11. TRANSFERUL DE CALDURA IN REGIM TRANZITORIU PRIN PLACI PLANE (1D) 138
Introducere 138
Datele problemei 138
Cerinte 138
Rezolvare 139

APLICATII PROPUSE 140

BIBLIOGRAFIE 142

ANEXE 143
Anexa 1. Valorile functiilor Bassel 144
Anexa 2. Diagrame pentru calculul conductiei termice tranzitorii 145
  PREZENTARE:
Aceasta carte ofera o abordare sistematica si detaliata a proceselor de experimentare si masurare asociate motoarelor cu reactie, cu accent pe metodologia precisa si aparatura necesara pentru asigurarea calitatii si performantei acestor sisteme. Prin integrarea unor studii de caz relevante si a unor exemple practice, cititorii vor putea sa aprofundeze aspectele esentiale ale testarii motoarelor cu reactie, familiarizandu-se cu cele mai recente tehnologii utilizate in acest domeniu.
  PREFATA:
Motoarele cu reactie reprezinta o realizare tehnologica de varf a ingineriei moderne, avand un rol esential in aviatie si alte domenii ale transportului si energiei. Aceste sisteme complexe functioneaza pe baza unor principii avansate de termodinamica si mecanica a fluidelor, necesitand o cunoastere aprofundata a principiilor lor de functionare, a caracteristicilor fiecarui element component si a metodelor de masurare si analiza a parametrilor lor. Precizia si fiabilitatea acestor motoare sunt esentiale pentru siguranta si eficienta sistemelor de transport aerian, ceea ce impune utilizarea unor tehnici avansate de testare si monitorizare.

Aceasta carte ofera o abordare sistematica si detaliata a proceselor de experimentare si masurare asociate motoarelor cu reactie, cu accent pe metodologia precisa si aparatura necesara pentru asigurarea calitatii si performantei acestor sisteme. Prin integrarea unor studii de caz relevante si a unor exemple practice, cititorii vor putea sa aprofundeze aspectele esentiale ale testarii motoarelor cu reactie, familiarizandu-se cu cele mai recente tehnologii utilizate in acest domeniu.

Lucrarea este structurata in trei capitole principale, fiecare avand un rol bine definit. In primul capitol, se prezinta metodele de experimentare a motoarelor cu reactie, de la utilizarea standurilor de incercare pana la analiza regimurilor tranzitorii de functionare. Cititorul va descoperi tehnicile prin care sunt determinati parametrii critici ai motoarelor, precum caracteristicile compresorului, temperaturile si presiunile gazelor, dar si pierderile de presiune totala in dispozitivele de evacuare. De asemenea, sunt discutate aspecte privind influenta conditiilor de mediu asupra performantelor motorului, incluzand variatiile de temperatura, presiune si umiditate care pot afecta eficienta combustiei.

Cel de-al doilea capitol aprofundeaza metodele si aparatura utilizate in masuratorile experimentale, oferind o imagine detaliata asupra instrumentelor si tehnicilor esentiale pentru masurarea temperaturilor, presiunilor, vitezelor fluidelor si a altor parametri relevanti. Sunt abordate metode avansate, cum ar fi utilizarea anemometrului cu fir cald sau masurarea vitezei cu laser bazata pe efectul Doppler, care permit obtinerea unor date de mare precizie. Pe langa acestea, lucrarea include o prezentare detaliata a sistemelor moderne de achizitie a datelor, care asigura monitorizarea in timp real a performantelor motorului, optimizarea parametrilor de functionare si prevenirea defectelor critice.

Capitolul final se concentreaza pe prelucrarea datelor experimentale, discutand erorile inerente proceselor de masurare si metodele statistice utilizate pentru a asigura validitatea rezultatelor. Cititorii sunt ghidati prin tehnici precum metoda celor mai mici patrate, aplicarea teoriei probabilitatilor si alte metode statistice, toate necesare pentru interpretarea riguroasa a rezultatelor experimentale. Se pune accent pe importanta calibrarii instrumentelor de masura, precum si pe necesitatea verificarii si validarii datelor prin compararea acestora cu modele teoretice si simulari numerice avansate.

Aceasta carte se adreseaza in principal studentilor, inginerilor si cercetatorilor din domeniul aviatiei si al motoarelor cu reactie, fiind o resursa valoroasa atat pentru cei aflati la inceputul carierei, cat si pentru specialistii care doresc sa aprofundeze aspectele tehnice ale experimentarii motoarelor cu reactie. Structura clara, explicatiile detaliate si numeroasele exemple practice o recomanda ca pe un instrument indispensabil pentru oricine doreste sa inteleaga si sa aplice in mod eficient cunostintele din acest domeniu de inalta tehnologie.

In final, lucrarea isi propune sa sprijine progresul stiintific si tehnologic, contribuind la dezvoltarea unor motoare mai eficiente, mai fiabile si mai ecologice, in beneficiul unei industrii aviatice durabile. Speram ca aceasta carte sa fie o sursa de inspiratie si cunoastere pentru toti cei care o vor studia, facilitand o mai buna intelegere a provocarilor si oportunitatilor din acest domeniu fascinant al ingineriei aeronautice.

Autorii

DESPRE AUTORI

Dr. ing. Valentin SILIVESTRU
S-a nascut in comuna Tintea, judetul Prahova. A absolvit Facultatea de Inginerie Aerospatiala - Specializarea Sisteme de Propulsie, la Politehnica Bucuresti, in anul 1979, si a devenit doctor inginer, cu distinctia „Cum Laude”, in specialitatea Inginerie Aerospatiala, in anul 2001.

Este cercetator stiintific gradul I, din anul 1994, si profesor asociat in cadrul Universitatii Nationale de Stiinta si Tehnologie Politehnica Bucuresti, Facultatea de Inginerie Aerospatiala, din
1999.

Director al Institutului National de Cercetare Dezvoltare Turbomotoare COMOTI.

In calitate de director de proiect, a coordonat peste 17 proiecte de CDI din cadrul competitiilor nationale PN II, ROSA, POSCCE, PNCDI III si a participat la coordonarea cercetarilor institutului ca partener in proiecte europene de cercetare din domeniul turbomotoarelor.

Este autor a 56 de articole stiintifice, publicate in reviste de specialitate din tara si strainatate, autor a 8 carti de specialitate si 16 brevete de inventie.

Este membru corespondent al Academiei de Stiinte Tehnice din Romania, din anul 2016, si vicepresedinte al Asociatiei Generale a Inginerilor din Romania, ales la Congresul din noiembrie 2022. De asemenea, este membru/reprezentant in bordul unor prestigioase asociatii si societati profesionale nationale si internationale, precum: membru al Asociatiei Generale a Inginerilor din Romania (AGIR), din 1993; membru al American Society of Mechanical Engineering (ASME), din 1997; vicepresedinte al Asociatiei Aeronautice si Astronautice a Romaniei (AAAR), din 2006; Reprezentant National in „National States Representative Group Clean Sky1 and 2 JTI Brussels”, din 2009; „Trustee board member” - Council of European Aerospace Societies (CEAS), din 2011; membru al Colegiului Consultativ pentru Cercetare-Dezvoltare si Inovare (CCCDI), in perioada 2015-2018.

Prof. dr. ing. Grigore CICAN
S-a nascut in Targu Jiu, Judetul Gorj. A absolvit Facultatea de Inginerie Aerospatiala - Specializarea Sisteme de Propulsie, la Universitatea Politehnica Bucuresti, in anul 2009.

A absolvit Facultatea de Fizica - Specializarea Fizica Tehnologica, la Universitatea Bucuresti, in anul 2010.

A devenit doctor in inginerie aerospatiala, in anul 2014.

Din 2014 pana in prezent este cadru didactic in Universitatea Nationala de Stiinta si Tehnologie Politehnica Bucuresti, Facultatea de Inginerie Aerospatiala, Departamentul de Stiinte Aerospatiale „Elie Carafoli”.

In anul 2022 isi sustine teza de abilitare iar in anul 2023 obtine titlul de Profesor universitar cu conducere de doctorat.

Este cercetator stiintific gradul I, din anul 2024, in cadrul Institutului National de Cercetare Dezvoltare Turbomotoare COMOTI.

Este autorul a 12 carti de specialitate, autor a peste 60 de articole publicate in jurnale de specialitate avanda 50 de articole indexate in baza de date Web of Science, majoritatea publicate in jurnale cotate Q1 sau Q2.

In calitate de director de proiect, a coordonat sau a fost responsabil pentru 3 proiecte de CDI din cadrul competitiilor nationale PN III si STAR si a participat ca specialist in proiecte de cercetare din domeniul aviatiei si al protectiei mediului.

Ca profesor universitar preda urmatoarele cursuri in cadrul Facultatii de Inginerie Aerospatiala a Universitatii Nationale de Stiinta si Tehnologie Politehnica Bucuresti: „Introducere in inginerie aerospatiala”, „Bazele propulsiei aerospatiale”, „Tehnologii de fabricatie a sistemelor de propulsie”, „Agregate si instalatii in turbomotoare”, „Modelarea si simularea transferului de caldura”, „Sisteme de propulsie spatiale”, „Aviatia si mediu”, „Acustica si poluare fonica”.
  CUVINTE CHEIE: