Sdílení tepla v jaderných elektrárnách

Garant předmětu:

Martin Ševeček

Přednášející:

Dušan Kobylka, Sebastian Nývlt, Martin Ševeček

Cvičící:

Dušan Kobylka, Sebastian Nývlt, Martin Ševeček

Předmět zajišťuje:

katedra jaderných reaktorů

Anotace:

Předmět Sdílení tepla v jaderných elektrárnách přináší studentům základní vědomosti z oboru sdílení tepla se zaměřením na aplikace v energetice. Základní pojmy a principy z této oblasti byly zavedeny v předmětu 02TER a tento předmět na něj přímo navazuje a prohlubuje znalosti posluchačů zejména v oblastech nutných pro porozumění vývinu a odvodu tepla jaderných reaktorů.

Po úvodní obecnější a přehledové přednášce jsou postupně probírány všechny základní druhy přenosu tepla, a to v pořadí:

kondukce, konvekce a tepelná radiace. Výklad je zaměřen na ty oblasti oboru termokinetiky, které jsou pro výpočty jaderných reaktorů i ostatních zařízení jaderných elektráren nejpotřebnější. Podrobně je proto probrána zejména kondukce a konvekce (sdílení tepla při turbulentním a laminárním prouděním). Přenos tepla sáláním navazuje na teoretické koncepty zavedené v teoretických fyzikálních předmětech a rozšiřuje je o postupy a aplikace používané v průmyslové praxi. Na závěr se předmět věnuje základům sdílení tepla při fázových změnách a zejména při varu.

Požadavky:

K získání zápočtu je potřeba získat do konce semestru minimálně 15 bodů v součtu ze 2 zápočtových prací psaných v polovině a na konci semestru (každá za 15 bodů), přičemž je možné si přilepšit body za aktivitu v hodinách nebo vyřešením bonusových příkladů na doma. Studenti, kteří nejsou přítomni na cvičení, kde probíhá psaní zápočtových testů mají nárok na 1 náhradní termín (mimo výuku, po společné domluvě). Za každou adekvátně neomluvenou neúčast na cvičeních nad 2 absence se 3 body strhávají. Při získání 10-14 bodů na konci semestru má student nárok na opravnou zápočtovou písemku, kdy zápočet získá, pokud v testu dosáhne alespoň 50% úspěšnosti.

Zkouška se skládá z písemné a ústní části. Zkoušková písemná práce je za 70 bodů a po přičtení všech bodů ze semestru se aplikuje standardní hodnotící škála ČVUT, která stanoví známku z písemné části zkoušky. V případě známek A-E následuje ústní část zkoušky, kde student dostane několik otázek pokrývající látku předmětu. Z ústní části zkoušky vznikne známka, která se zprůměruje se známkou z písemné části (zaokrouhleno nahoru) a tato známka se zapíše jako finální do KOS.

Osnova přednášek:

1. Úvod do sdílení tepla

2. Kondukce rovnice vedení tepla a její řešení v deskové geometrii

3. Kondukce řešení rovnice vedení tepla ve válcových souřadnicích, teorie žebra

4. Kondukce řešení rovnice vedení tepla se zdroji, vedení tepla ve více souřadnicích

5. Teorie podobnosti

6. Úvod do konvekce

7. Vnější konvekce

8. Vnitřní konvekce

9. Konvekce s fázovou přeměnou

10. Výpočet tepelného výměníku

11. Sdílení tepla radiací

12. Přednáška hosta z praxe

Osnova cvičení:

V rámci cvičení jsou prakticky procvičovány teoretické poznatky z přednášek. Na 6. a 12. cvičení je v rámci cvičení psán zápočtový test.

Osnova cvičení:

1. Úvodní příklady na zákon zachování energie

2. Příklady na vedení tepla vrstvami

3. Příklady na teorii žebra

4. Příklady na teorii žebra, příklady na vedení tepla materiály se zdroji

5. Příklady na vedení tepla materiály se zdroji

6. Zápočtový test (úvod do sdílení tepla a kondukce), příklad na úvod do konvekce

7. Příklady na vnější nucenou konvekci

8. Příklady na vnější přirozenou konvekci

9. Příklady na vnitřní konvekci a konvekci ve štěrbině

10. Příklady na konvekci s fázovou přeměnou a v tekutých kovech

11. Příklady na tepelnou radiaci

12. Zápočtový test (konvekce a radiace)

Cíle studia:

Studijní materiály:

Doporučená literatura:

[1] R. Hejzlar. Sdílení tepla. České vysoké učení technické v Praze. ISBN 80-01-02974-3.

[2] F. P. Incropera, D. P. DeWitt. Introduction to Heat Transfer. Wiley, 1996. ISBN 9780471390817.

[3] N. E. Todreas, M. S. Kazimi. Nuclear Systems I: Thermal Hydraulic Fundamentals. Hemisphere Publishing Corporation, 1990. ISBN 1-56032-051-6.

[4] N. E. Todreas, M. S. Kazimi. Nuclear Systems II: Elements of Thermal Hydraulic Design. Taylor & Francis, 1993. ISBN 978-1-4822-3958-4.

[5] P. L. Dhar. Thermal System Design and Simulation. Academic Press, 2017. ISBN 978-0-12-809449-5.

[6] R. K. Rajput. Engineering Thermodynamics. Laxmi Publications, 2010. ISBN 978-0-7637-8272-6.

[7] Y. A. Çengel, M. A. Boles. Thermodynamics: An Engineering Approach. McGraw-Hill, 8th edition, 2015. ISBN 978-0073398174.

[8] S. V. Patankar. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Hemisphere Publishing Corporation, 1980. ISBN 0-07-048740-5.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Jaderné inženýrství - Jaderné reaktory (PS)