Isı Transferine Giriş

GİRİŞ
İletim, taşınım ve ışınım ile ısı geçişi
İletim ile ısı geçişinin, moleküler faaliyete
bağlı olan enerji yayılımı ile ilişkisi
İletimle bir boyutlu ısı geçişi
dT
Fourier Yasası q x   k
dx
dT T2  T1

dx
L
T2  T1
qx   k
L
q x  q x A
Örnek 1.1
Duvardan birim zamanda geçen ısı miktarı?
T
250 K
qx  k
 ( 1.7 W / mK )
 2833 W / m 2
L
0.15m
2






q x  HW q x  0.5m * 3m 2833W / m  4250 W
Taşınımla ısı geçişinde sınır tabaka gelişimi
q   hTs  T 
Taşınımla ısı geçişi işlemleri
Isı taşınım katsayısı için örnek değerler
işlem
Doğal taşınım
Gazlar
Sıvılar
Zorlanmış taşınım
Gazlar
Sıvılar
Faz değişimli taşınım
Kaynama veya yoğuşma
h [W/m2K]
2-25
50-100
25-250
50-20000
2500-100000
Işınımla ısı alışverişi
E b   Ts4

q ışınım
E   Ts4
Gabs   G

q
  E b Ts    G   Ts4  Tç4
A


q  qtaşınım  qışınım  hATs  T    A Ts4  Tç4

Örnek 1.2
Borunun yüzeyinden, borunun birim uzunluğu için,
birim zamandaki ısı kaybı?
E    Ts4  0.8 * 5.67 * 108 * 4734  2270W / m 2
G   Tç4  5.67 * 10 8 * 2984  447 W / m 2

q  hDLTs  T    DL Ts4  Tç4

Bir kontrol hacmi için enerjinin korunumu
Termodinamiğin birinci yasası uygulanırken öncelikle üzerinden
madde ve enerji geçişinin olduğu bir kontrol yüzeyi ile sarılmış
olan bir hacmin, yani kontrol hacminin tanımlanması gerekir.
•
•
Kontrol hacmi belirlendikten sonra, probleme uygun bir zaman ölçeği
belirlenmelidir. Bunun için iki seçenek vardır.
Birinci yasa, belli bir t zamanı içinde sağlanmak zorunda olduğuna göre,
bu yasa birim zaman ölçeğinde ifade edilebilir. Başka bir deyişle, herhangi
bir anda birim zamandaki enerji işlemleri arasında bir denge olmalıdır.
Diğer seçenek ise birinci yasayı bir Δt zaman aralığında ifade etmektir.
Herhangi bir anda (t)
Kontrol hacmine
birim zamanda
giren ısıl ve
mekanik enerji
+
Kontrol hacminin
içinde birim
zamanda üretilen
ısıl enerji
-
Kontrol hacminden
birim zamanda
çıkan ısıl ve
mekanik enerji
=
Kontrol
hacminde birim
zamanda
depolanan enerji
=
Kontrol
hacminde
depolanan
enerji
Belli bir zaman aralığında (Δt)
Kontrol
hacmine giren
ısıl ve mekanik
enerji
+
Kontrol
hacminin
içinde üretilen
ısıl enerji
-
Kontrol
hacminden
çıkan ısıl ve
mekanik enerji
Eğer giren ve üretilen enerjinin toplamı, çıkan enerjiden fazla
olursa kontrol hacmi içinde depolanan (biriken) enerjinin
miktarında bir artış olur. Giren ve üretilen enerjinin toplamı çıkan
enerjiye eşit olursa, kontrol hacmi içinde depolanan enerji miktarı
zamanla değişmez ve sürekli rejim oluşur.
Şekildeki kontrol hacmine enerji korunumu uygulansın:
• Kesik çizgilerle ifade edilen kontrol yüzeylerinin belirlenmesi,
• Giren, üretilen, çıkan, depolanan enerji terimlerinin tanımlanması.
Herhangi bir zamanda enerjinin korunumu yasası yazılırsa:
.
.
.
.
dE depolanan
E giren  E üretilen  E çıkan  E depolanan 
Aynı denklem
herhangi bir zaman
aralığında
E giren
uygulanabilir.
dt
 E üretilen - E çıkan  E depolanan
Enerji üretimi terimi, diğer enerji türlerinden (kimyasal,
elektriksel, elektromagnetik ve nükleer) ısıl enerjiye
dönüşüm işlemleriyle ilgilidir ve hacim olayıdır. Yani, kontrol
hacminin içinde gerçekleşir ve bu hacmin büyüklüğü ile
doğru orantılıdır.
Örneğin bir kontrol hacminde kimyasal enerjiyi ısıl enerjiye
dönüştüren bir kimyasal tepkime gerçekleşebilir. Buradaki
net etki hacim içindeki maddenin ısıl enerjisinin artmasıdır.
Diğer bir ısıl enerji üretim kaynağı, üzerinden elektrik akımı
geçen bir iletken olabilir. Burada kontrol hacmi içindeki
iletkenden R direnci üzerinden I akımı geçerse birim
zamanda I²R kadar elektrik enerjisi harcanır ve hacim içinde
birim zamanda üretilen ısıl enerjiye karşılık gelir.
Termodinamiğin birinci yasasının
kapalı sisteme uygulanması
Q - W  U
.
dU
q-W
dt
Termodinamiğin birinci yasasının açık
sisteme uygulanması
.
.
.
.
m u  pv  V²/2  gz i  m u  pv  V²/2  gz o  Q- W  0
Örnek 1.3
Akım geçerken, çubuk sıcaklığının
zamanla değişimini veren bir ifade türetiniz.
Örnek 1.4
Buzun tamamen erimesi için gereken
süreyi veren bir ifade türetiniz.
Bir ortamın yüzeyinde enerjinin
korunumu için enerji dengesi
Örnek 1.5
Tuğla duvarın iç yüzey sıcaklığı nedir?
Isı geçiş problemlerinin çözümlenmesi
Bilinen
 İstenen
 Şekil
 Kabuller
 Özellikler
 Çözümleme
 Yorum

Örnek 1.6