Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 5.06.2007

Fisica Tecnica VO e Fisica Tecnica II NO AA 2005-06 e seguenti – Esercizi 1 e 2

NO AA 2004-05 e precedenti: Fisica Tecnica I – solo Esercizio 1;   Fisica Tecnica II – solo Esercizio 2

 (Ing. Meccanica, Navale, Elettrica, dei Materiali)

 

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NOME e COGNOME                                   CORSO di LAUREA                                                   Voto/i

 

Esercizio 1

Un ciclo Diesel ideale ad aria standard (R = 0.287 kJ/(kg K), k = 1.4) è caratterizzato da un rapporto volumetrico di compressione rv = v1/v2 = 18, ed un rapporto volumetrico di combustione pari a rc = v3/v2 = 2. All’inizio del processo di compressione, il fluido si trova in condizioni di pressione p1 = 101.325 kPa e temperatura T1 = 300 K.

Sapendo che il lavoro netto prodotto durante il ciclo vale = 0.214 kJ, determinare nell’ordine:

1.      I valori di temperatura T2, T3 e T4;

2.      Il rendimento di primo principio del ciclo η;

3.      La cilindrata Vg = V1 – V2.

 

 

 

 

Esercizio 2

Una serie di dieci componenti elettronici (chip) uguali, di forma quadrata con L = 10 [mm] e spessore trascurabile, sono isolati da un lato, mentre dal lato opposto sono raffreddati da un flusso d’aria parallelo con velocità u = 40 [m/s] e temperatura t = 24 °C. Durante il funzionamento, ciascun dispositivo dissipa la medesima potenza, in modo che l’intera superficie raffreddata sia caratterizzata da flusso termico specifico costante.

  1. Se la temperatura massima di ciascun componente non può superare la temperatura ts = 80 °C, qual è la massima potenza che può essere dissipata per ciascun chip ?
  2. Qual è la massima potenza che potrebbe venir dissipata da ciascun chip se la schiera fosse orientata in direzione normale, anziché parallela, al flusso d’aria ?

 

 

 

Note:

§  Il numero di Nusselt locale, per una lastra piana con flusso termico specifico costante, può essere calcolato con la correlazione:

in regime laminare, e

in regime turbolento.

§  Si assumano per l’aria, ad un’opportuna temperatura da specificare, le seguenti proprietà termofisiche:

k = 28.2×10-3 W/(m K);            Pr = 0.703;              ν = 18.4×10-6 m2/s

 


Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 05.06.2007

 

Soluzioni

 

Esercizio 1

 

  1. Dalla  si ha
     [m3/kg]
      da cui

     [K]
     [m3/kg]

     e poiché   e     si ha

    [K] 



    = 791.7 [K]

  2.  = -352.8 [kJ/kg]
     = 957.6 [kJ/kg]
     = 0.632 





  3.  [kg]
     [m3]  =  284 [cm3]

 

 

Esercizio 2

 

  1. Con riferimento all’intera schiera (L = 0.1 [m]) si ha
    =2.17´105 < 5´105
    perciò il flusso è laminare su tutta la lunghezza.

    Poiché

    è costante, ed il coefficiente convettivo locale

    diminuisce con x, si avrà la temperatura massima in prossimità dell’ultimo chip.

    Approssimando il coefficiente convettivo medio sull’ultimo chip con il coefficiente convettivo locale alla mezzeria di quest’ultimo

    si ha


     [W/m2 K]
     = 0.31 [W]

    Quindi, se tutti i componenti devono dissipare la medesima potenza, e ts non deve superare 80 °C, il flusso massimo è
     [W]

  2. Disponendo la schiera in direzione normale, ed approssimando il coefficiente convettivo medio in modo analogo, si ha

     [W/m2 K]
     1.33 [W]

 

Osservazioni

      Com’era intuibile, se possibile è decisamente conveniente orientare la schiera di componenti in direzione normale anziché parallela alla corrente fluida.

      Nel caso sia inevitabile la disposizione parallela, il massimo flusso termico può essere aumentato in modo significativo favorendo la transizione al regime turbolento, attraverso un promotore di turbolenza, dello strato limite.