مجموعه سوالات مصاحبه استخدامی مهندسی شیمی- بخش سوم

انتقال حرارت چیست و چه تفاوتی با علم ترمودینامیک دارد؟

انتقال حرارت علمی است که به مطالعه­ی انتقال انرژی به علت اختلاف دمای اجسام می­پردازد.

ترمودینامیک گرما را به عنوان شکلی از انرژی تعریف می­کند که از مرزهای یک سیستم به واسطه­ی وجود اختلاف درجه حرارت بین سیستم و محیط عبور می­کند.

به کمک روابط ترمودینامیکی می­توان وضعیت حالت تعادل، دمای تعادل و مقدار کل انرژی مبادله شده را به دست آورد. اما اگر پرسش­هایی مانند شدت انتقال حرارت(مانند انتقال حرارت در واحد زمان)، تغییر دمای نقاط برحسب زمان(دمای نقاط مختلف در هر لحظه) و یا زمان لازم برای رسیدن به حالت تعادل مورد نظر باشد، ترمودینامیک پاسخگو نبوده و باید وارد مبحث انتقال حرارت شد.

دقت کنید که در ترمودینامیک، زمان مطرح نمی­باشد در حالی که در انتقال حرارت زمان اهمیت دارد.

Q در ترمودینامیک، بیانگر مقدار انتقال حرارت است که واحد آن j است ولی Q در انتقال حرارت بیانگر شدت انتقال حرارت است که واحد آن J/s یا W است.

انتقال حرارت یک فرایند برگشت پذیر است یا برگشت ناپذیر؟

انتقال حرارت یک فرایند برگشت­ناپذیر محسوب می­شود. بنابراین:

• انتقال حرارت در تمام فرایندهای واقعی باعث افزایش آنتروپی کل می­شود.
• گرمای منتقل شده را نمی­توان به کمک رابطه­ی ترمودینامیکی Q=ʃTds محاسبه کرد.

منظور از نرخ و شار انتقال حرارت چیست؟

نرخ انتقال حرارت، مقدار انرژی انتقال یافته در واحد زمان است که واحد آن وات W می­باشد. شار انتقال حرارت، مقدار انرژی انتقال یافته در واحد زمان و در واحد سطح است که واحد آن W/m^2 است.

مکانیزم­ های انتقال حرارت چیست؟

سه مکانیزم برای انتقال حرارت وجود دارد، هدایت یا رسانش(Conduction)، جابه­جایی یا همرفت(Convection)، تشعشع یا تابشی(Radiation)

کدام نوع از مکانیزم­های انتقال حرارت نیاز به محیط مادی دارند و کدام یک ندارند؟

در میان سه مکانیزم موجود برای انتقال حرارت، انتقال حرارت با مکانیزم هدایت و مکانیزم جابه­جایی نیاز به محیط مادی دارند ولی انتقال حرارت با مکانیزم تشعشعی نیاز به محیط مادی ندارد.

قانون فوریه را بیان کرده و بگویید نرخ انتقال حرارت هدایتی تابع چه عواملی است؟

براساس قانون فوریه نرخ انتقال حرارت(Q) برابر است با:   (Q=-KA(dT/dx

با توجه به این رابطه می­توان گفت نرخ انتقال حرارت بستگی دارد به: گرادیان دما(dT/dx)، مساحت سطح عمود بر جهت انتقال حرارت(A) و جنس ماده(K)

دلیل علامت منفی در رابطه­ی قانون فوریه چیست؟

طبق قانون دوم ترمودینامیک، گرما از ناحیه با دمای بالاتر به ناحیه­ی با دمای پایین­تر منتقل می­شود. بنابراین اگر جهت مثبت محور x در جهت انتقال گرما در نظر گرفته شود، dT/dx همواره منفی خواهد بود. از طرفی نرخ انتقال حرارت در یک جهت معین همیشه مثبت است. پس برای این که Q عددی مثبت شود، علامت منفی را در رابطه می­گذاریم.

ضریب انتقال حرارت هدایتی(K) در چه موادی بیشتر است؟ جامدات، مایعات یا گازها

مقدار K در جامدات بیشتر از مایعات و در مایعات بیشتر از گازهاست.

تفاوت جسم ایزوتروپیک با جسم غیرایزوتروپیک در انتقال حرارت چیست؟

در جسم ایزوتروپیک، هدایت حرارتی در یک محیط، در هر نقطه از جسم در جهات مختلف یکسان است ولی در جسم غیرایزوتروپیک، مقدار هدایت حرارتی در جهات مختلف متفاوت است.

ضریب نفوذ گرمایی(Thermal Diffusivity) بیانگر چیست؟

ضریب نفوذ گرمایی(α) بیانگر نسبت گرمای هدایت شده به گرمای ذخیره شده در جسم است و با رابطه­ی k/ρc_p بیان می­شود.

انواع انتقال حرارت جابه­ جایی چیست؟

انتقال حرارت جابه­جایی به دو نوع اجباری و طبیعی تقسیم می­شود. در جابه­جایی اجباری، حرکت سیال با استفاده از وسایل خارجی(مثل پمپ و …) انجام می­شود ولی در جابه­جایی طبیعی(آزاد)، انتقال حرارت، به دلیل اختلاف دانسیته رخ می­دهد.

قانون سرمایش نیوتون را بیان کنید.

بر اساس قانون سرمایش نیوتون، نرخ انتقال حرارت جابه­جایی(Q) عبارت است از: Q=hAΔT که h ضریب جابه­جایی و A سطح عمود بر انتقال حرارت است.

ضریب انتقال حرارت جابه­جایی در چه حالتی بیشتر است؟

ضریب انتقال حرارت جابه­جایی در حالت تغییر فاز(جوشش یا میعان) بیشترین مقدار را دارد. به طور کلی ترتیب بیشترین h بدین صورت است.

_{جابه­جایی طبیعی گازها}h<_{جابه­جایی اجباری گازها}h<_{جابه­جایی اجباری مایعات}h<_جوششh<_میعانh

آیا ضریب انتقال حرارت جابه­جایی یک خاصیت سیال محسوب می­شود؟

خیر، h یک خاصیت سیال نیست(برخلاف k) بلکه یک پارامتر است و مقدار آن بستگی به همه­ی متغیرهایی دارد که برروی جابه­جایی اثر می­گذارند. مثل هندسه­ی سطح و خواص سیال

انتقال حرارت تشعشعی در چه مواردی بیشتر اهمیت پیدا می­کند؟ آیا می­توانید مثالی برای آن پیدا کنید؟

انتقال حرات از نوع تشعشعی، همیشه بین اجسام در حال انتقال حرارت وجود دارد اما تنها در موارد اهمیت می­یابد که دما بسیار بالا باشد. چرا که براساس قانون استفان بولتزمن، نرخ انتقال حرارت با توان چهارم دما رابطه دارد ولی از آن­جا که ضریب σ برابر است با ۵.۶۶×^۸-۱۰ تاثیر دما در دماهای بالا اهمیت پیدا می­کند.

به عنوان مثال در خورشید یا در کوره­های صنعتی که دما بالا می­باشد، نقش انتقال حرارت تشعشعی به یک عنوان یک مکانیزم اصلی و تعیین کننده به شمار می­آید.

تا این جا با پانزده سوال اصلی و مقدماتی در زمینه­ی انتقال حرارت در مهندسی شیمی آشنا شدید، که احتمال مطرح شدن سوالات پایه­ای از این قسمت بسیار زیاد است. در قسمت دوم انتقال حرارت با مفاهیم جزئی­تری آشنا خواهید شد. پس با ما همراه باشید تا برای تسلط کامل و سریع در مباحث اصلی مهندسی شیمی به شما کمک کنیم.

از این که این صفحه را برای خواندن انتخاب کرده ­اید، سپاسگزاریم. لطفا برای ارائه­ ی مطالب بهتر، نظرات و انتقادات خود را با ما به اشتراک بگذارید.