Zonguldak Karaelmas Üniversitesi 2011

Zonguldak Karaelmas Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi – Makine Mühendisliği Bölümü
2011-2012 Güz Dönemi
12 Ocak 2012 Perşembe , 17:30
NOT: Kullandığınız formül ve tabloların no.ları ile sayfa numaralarını yazınız.
MAK 347 Isı Transferi Genel Sınav Soruları
1) Boyutları 80 cm × 120 cm olan resim şeklindeki bir ısıtıcı, duvara asılı olarak bulunmaktadır.
Isıtıcı yüzey sıcaklığının ortalama değeri 45 °C olup ısıtılan ortamda sıcaklığın 20 °C olması
istenmektedir. Isıtıcı yüzeyi ile ortam havası arasında ısı taşınım katsayısını 15 W/m2·K kabul
ederek bir ısıtıcının verdiği ısıyı ve ısı ihtiyacı 5 kW olan bir salona kaç adet ısıtıcı konulması
gerektiğini bulunuz.
(25 puan)
2) Kalınlığı 30 mm olan çok geniş bir duvar içinde = 3.4×107 W/m3 değerinde homojen olarak,
sabit ısı üretimi bulunmaktadır. Duvar malzemesinin ısı iletim katsayısı 46 W/m·K’dir. Duvarın
bir yüzeyindeki sıcaklık 75 °C, diğer yüzeyinde ise 25 °C’dir. Buna göre,
a) En yüksek sıcaklığın, duvar orta düzlemine göre nerede oluştuğunu bulup, duvar içindeki
sıcaklık dağılımını şematik olarak gösteriniz.
(10 puan)
(10 puan)
b) Duvar içinde en yüksek sıcaklığın değerini bulunuz.
c) Duvarın 75 °C sıcaklıktaki yüzeyi 35 °C sıcaklıkta bir akışkanla temas halinde olduğuna göre,
bu yüzeydeki taşınım katsayısının değeri nedir?
(10 puan)
3) Boyu 1 m ve dış çapı 32 mm olan bir borunun
dışına 100 adet dikdörtgen kesitli dairesel
kanatçık yerleştirilmiştir (şekile bakınız). Her bir
kanatçığın dış çapı 72 mm ve kalınlığı ise 2
mm’dir. Borunun içinde 105 °C’de buhar
yoğuşmaktadır. Boru dış yüzey sıcaklığı (Kanat
taban sıcaklığı olarak düşünebilirsiniz), yaklaşık
olarak buharın yoğuşma sıcaklığına eşit alınabilir.
Kanatçıkların ve borunun dış yüzeyi ile ortam
havası arasında ısı taşınım katsayısı 70 W/m2·K
olduğuna göre bu kanatlı borudan 20 °C’lik
ortama verilen ısıyı hesaplayınız. (Kanat
malzemesi karbon çeliğidir, k=62 W/m·K)
(25 puan)
3. Soruya ait şekil
4) Yarıçapı 12 mm olan küre şeklinde metal bir parça (bilya) 350 °C sıcaklıktaki bir fırın ile ısıl
denge halindeyken birden çıkartılıp 25 °C sıcaklığında su banyosuna daldırılmaktadır. Su ile bilya
arasındaki ısı taşınım katsayısı 750 W/m2·K’dir. Metalin özellikleri, k = 42 W/m·K, c = 434 J/kg·K
ve α = 11.4×10-6 m2/s olduğuna göre, bilyanın 40 °C’ye kadar soğuması için gerekli süreyi
hesaplayınız.
(20 puan)
Başarılar diliyorum.
Süre: 105 dakika
Yrd. Doç. Dr. Mustafa EYRİBOYUN
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi – Makine Mühendisliği Bölümü
2011-2012 Güz Dönemi
12 Ocak 2012 Perşembe, 17:30
MAK 347 Isı Transferi Genel Sınav Soruları ve Cevapları
Cevap 1
a) Sıcaklığı bilinen bir yüzeyden akışkan ortama ısı
geçişi. Newton soğuma yasası geçerli olur.
q
Bir ısıtıcının verdiği ısı:
0.8 m
1.2 m
Gerekli ısıtıcı sayısı = Toplam ısı ihtiyacı / Bir ısıtıcının gücü
Gerekli ısıtıcı sayısı = 5000 W / 360 = 13.89 = 14 adet
Gerekli ısıtıcı sayısı = 14 adet
13.89 = 14 adet
Cevap 2
İçinde ısı üretimi bulunan ve iki yan yüzeyindeki sıcaklıklar birbirinden farklı olan düzlem duvar içinde,
orta düzlemden geçen eksene göre sıcaklık dağılımı ifadesi:
a) En yüksek sıcaklığın yeri,
Duvar içinde sıcaklık dağılımı T(x) eğrisi:
Tmax
T(x)
12.7 mm
15 mm
x = –2.3 mm
Isı Transferi
x
Mustafa Eyriboyun
b) En yüksek sıcaklık değeri?
En yüksek sıcaklık değeri, sıcaklık dağılımı ifadesinde x yerine değeri yazılarak hesaplanabilir.
x = –2.3 mm = –0.0023 m için
3.8333+50 = 81.1979+53.8333
c) 75 °C sıcaklıktaki yüzey ile, 35 °C sıcaklıktaki akışkan ortam
arasındaki ısı taşınım katsayısı (h):
Sıcaklığın en yüksek olduğu düzlem adyabatik yüzey olarak ele
alınarak, duvar bu düzleme göre LA ve LB kalınlığında iki ayrı
duvar gibi düşünülebilir. Böyle olunca; LA kalınlığında ve içinde
homojen ısı üretimi olan duvarın yüzeyinden çıkan ısı için:
W/m2
yazılabilir. Buradan,
Mükemmel yalıtım
Ts
T∞
q"
h
LA
LB
LA = 12.7 mm
x
olarak bulunur.
W/m2·K
Cevap 3
Silindir etrafında dikdörtgen kesitli kanatçık ve taban alanından çıkan ısı soruluyor.
t
r1
L
r2
Isı Transferi
devamı elle yazıldı…
Mustafa Eyriboyun
mfir:1tt+
Si[i*Jn
3>
lst
Tr*n:{o--r'
e-.h*#,nd^
Car*t S,*o,\
J"[#-tU*'
4z
.a1. t#I?i-- ,. ,^
"l?:3i)
Fer6o*nfu,
.
]*.'J& &*"*#o*k
pD
\- \' *n-l?"*
'
4\\
'TL**
dd
r1
=16n*
rz = 36 tn*
t= 2 "n*
L_
N
2O,tnt*
v)
* g26wr
='laO ^Joh
Y g,8a
/{
Ronnls,*
'io=
q
toLon ahn'nd'o* s I Ln ;sr I ?b: h At G-L)
7t{.(o,*n) (toao- rcCI
Zrerr(rr-
^r.t)
:
o.o= Toxa),atsi+zx Qar'*zo) :
lb
Ko'nl4*,tl,
,
f,wy'^
r
">rY9:;F=trF*
=d
i?
a3!3-X
w
4+S'+93
9*Y
ha*o^,r,rl^n #erail r'rr *'
t#,ffifr
7t:7.{,t+7u=
a-^/
r t,2
nfrK gq+ lx frv,nsSrt
G**l
\z.a\,za1z
J,a.,r)
?<rpe*r,lz-
+)
Zqn^n^b.gU
i{g+l''.i
e,
&ilgoon
tJ* L-l*n
sofumasr hr\'
gereEe-a sline Joi'rh'Yo " '
44oa.
3J,^"t,'
, eVc ,, 0,'
v
t.-ffi^€
L- fch
sh
.f -
A^
4z
sq89. +3+'
3
,aso
a,a14"
|o^t
k
X=
T-Too
=
1
h=T5a
F:T1.:z
TL-T-
J'C
8I$E.XL
,17:ta
(*)
\---'A E:'::
;
a;r;; it,! x' u" *')' ft im-?$r")
'51
b4" ''
_
t;
ukr
Oi = Tt -T*
O = -f -T6
+ _r=*
8+89
y/ t
-25 :19,6492 l,^ 3=? =79,649tl.s'ars++
1t
+0 -2,
3to
tYd,.x
k o'*e
= 74.4"x4o6
,c = +34 /WF
S o..^da.- .r<r.l- iP dr$e-tr'
01,
qt