01-04-2024 - Physics - Fundamentals of thermodynamics (11/13) [EN]-[IT]

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01-04-2024 - Physics - Fundamentals of thermodynamics (11/13) [EN]-[IT]

View Factor
Viewpoint F1-2
By point of view F1-2 we mean the radiation emitted in all directions from dA1 seen by an observer located on dA2, looking along a direction
To better understand the F1-2 point of view, the diagram below combined with the definition described above could be helpful.

Radiative heat exchange
Radiative heat exchange between two surfaces
In the radiative heat exchange between two flat, parallel and indefinite surfaces, one of which is black, we arrive at the following mathematical conclusion.

Where:

is the net thermal power, per unit area, exchanged between surfaces 1 and 2

is the net thermal power, per unit area, exchanged between surfaces 2 and 1

Radiative screens
Relation
Let us take the following relationship relating to radiative screens where n represents the number of screens.

From this relationship it can be deduced, for example, that a three-surface radiative screen allows an exchange of radiant thermal energy equal to half of that allowed by the two-surface screen.
or we can say that an n-surface radiative screen allows an exchange of radiant thermal energy equal to 1/n of that allowed by the two-surface screen

Radiative heat exchange in cavity
In this case we consider a thermodynamic system made up of n surfaces that constitute a cavity. See diagram below

In this case the energy balance, relative to the elementary wavelength interval [λ,λ+dλ] for the v.c. (control volume), allows you to relate the thermal power to be administered to the surface with an external source so that it remains at the Ti temperature.

Net power exchanged
In radiative heat exchange in flat-walled cavities, the net power exchanged between surfaces i and j relative to the interval [λ, λ+dλ] is represented by the following formula.

cavity with curved surfaces
Radiative heat exchange in cavities with curved surfaces
This is one of the topics that I consider most complex when we refer to heat exchanges. Therefore I will limit myself to showing only the mathematical formula.

Relation
The heat exchange in cavities with curved surfaces is represented by the following relationship.

Conclusions
Thermal exchange is the transmission of heat which in turn is a phenomenon of transport of thermal energy between two thermodynamic systems. This is caused by the temperature difference of the two systems.

Request
Have you ever done calculations on heat exchange? Have you ever thought that your home has different heat exchanges with the outside (the environment)? Have you ever thought about reducing the heat exchange in your home to reduce energy consumption?

01-04-2024 - Fisica - Fondamenti di termodinamica (11/13) [EN]-[IT]

Fattore di vista
Punto di vista F1-2
Per punto di vista F1-2 si intende la radiazione emessa in tutte le direzioni da dA1 vista da un osservatore che si trova su dA2, che guarda lungo una direzione
Per comprendere meglio il punto di vista F1-2 lo schema qui sotto unito alla definizione prima descritta potrebbe essere d'aiuto.

Scambio termico radiativo
Scambio termico radiativo fra due superfici
Nello scambio termico radiativo fra due superfici piane, parallele e indefinite di cui una è nera si arriva alla seguente conclusione matematica.

Dove:

è la potenza termica netta, per unità di area, scambiata tra le superfici 1 e 2

è la potenza termica netta, per unità di area, scambiata tra le superfici 2 e 1

Schermi radiativi
Relazione
Prendiamo la seguente relazione relativa agli schermi radiativi dove n rappresenta il numero degli schermi.

Dalla questa relazione si deduce, ad esempio, che uno schermo radiativo a tre superfici consente uno scambio di energia termica raggiante pari alla metà di quello che consente lo schermo a due superfici.
oppure possiamo dire che uno schermo radiativo a n superfici consente uno scambio di energia termica raggiante pari 1/n di quello che consente lo schermo a due superfici

Scambio termico radiativo in cavità
In questo caso si considera un sistema termodinamico costituito da n superfici che costituiscono una cavità. Vedi schema qui sotto riportato

In questo caso il bilancio di energia, relativamente all’intervallo elementare di lunghezza d’onda [λ,λ+dλ] per il v.c. (volume di controllo), consente di mettere in relazione la potenza termica da somministrare alla superficie con una sorgente esterna affinché essa rimanga alla temperatura Ti.

Potenza netta scambiata
Nello scambio termico radiativo in cavità a pareti piane, la potenza netta scambiata tra la superficie i e quella j relativamente all'intervallo [λ, λ+dλ] è rappresentata dalla seguente formula.

cavità a superfici curve
Scambio termico radiativo in cavità a superfici curve
Questo è uno degli argomenti che io ritengo più complessi quando ci riferiamo agli scambi termici. Per tanto mi limiterò a mostrare solo la formula matematica.

Relazione
Lo scambio termico in cavità a superfici curve è rappresentato dalla seguente relazione.

Conclusioni
Lo scambio termico è la trasmissione del calore che a sua volta è un fenomeno di trasporto dell'energia termica tra due sistemi termodinamici. Questo è causato dalla differenza di temperatura dei due sistemi.

Domanda
Avete mai fatto dei calcoli sugli scambi termici? Avete mai pensato che la vostra abitazione ha diversi scambi termici con l'esterno (l'ambiente)? Avete mai pensato di ridurre gli scambi termici della vostra abitazione per diminuire il consumo energetico?

THE END