ISI TRANSFERİ. Doğal Taşınım

Transkript

1 ISI TRANSFERİ Doğal Taşınım 1

2 HEDEFLER Bu bölümü çalışmayı bitirdiğiniz zaman aşağıdakileri yapabileceksiniz: Doğal taşınımın fiziksel mekanizmalarının anlaşılması, Doğal taşınımın korunum denkleminin türetilmesi ve bunların boyutsuzlandırılarak boyutsuz Grashof sayısının elde edilmesi, Dikey, yatay ve eğimli plakaların yanı sıra silindir ve kürelerin doğal taşınımı için Nusselt sayısının değerlendirilmesi, Kanatlı yüzeylerden doğal taşınımın incelenmesi ve optimum kanat boşluğunun belirlenmesi, Çift bölmeli pencere gibi kasaların içindeki doğal taşınımın analizi, Doğal ve zorlanmış taşınımın birleşiminin düşünülmesi ve her bir taşınımın bir birine göre öneminin değerlendirilmesi. 2

3 DOĞAL TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMALARI Doğal Taşınımla Isı Transferi: Doğal taşınım akışının sonucunda ısı transferi Kaldırma kuvveti büyüklüğü cisim tarafından yer değiştirilen akışkanın ağırlığına eşittir. 3

4 Hacimsel Genleşme Katsayısı (β): Kaldırma kuvveti, sabit basınçta sıcaklık farkı ile orantılı olan yoğunluk farkı ile orantılıdır. Kaldırma kuvveti ne kadar büyük olursa ve doğal taşınım akışı ne kadar kuvvetli olursa, dolayısıyla ısı transfer oranı da yüksek olur. Temas halindeki iki cisim birbirlerine göre her ne zaman hareket ederse, bir sürtünme kuvveti hareket yönüne zıt yönde, temas yüzeyinde meydana gelir. 4

5 Gelişigüzel referans hız: The Grashof sayısı (Gr L ): NC nin etkisini gösteriri Grashof Sayısı (Gr) Dikey plakalar için, kritik Gr nin yaklaşık 10 9 olduğu görülmektedir. Dikey plaka üzerindeki akış rejimi, Gr 10 9 dan büyük olursa türbülans olur. Eğer Eğer yok sayılabilir. Eğer,Doğal taşınım etkileri yok sayılabilir., doğal taşınım ağırlıklı olurken zorlanmış taşınımın etkileri, her ikisinin de etkileri önemlidir ve dikkate alınmalıdır5

6 YÜZEYLER ÜZERİNDEKİ DOĞAL TAŞINIM Ortalama Nusselt Sayısı (Nu): Rayleigh Sayısı (Ra L ): laminar akışlar için n= 1/4 & türbülans akışlar için n=1/3 C < 1. Düşey Plakalar (T s = sabit): Tablo 9.1 Düşey Plakalar: Düşey Silindir: Yatay Plaka: 6

7 7

8 8

9 Kanatlı Yüzeylerden ve Baskı Devre Kartlarından Doğal Taşınım Kanatlı Yüzeylerin Doğal Taşınımla Soğutulması The Rayleigh sayısı: PCBs: Baskılı devre kartı Sabit sıcaklıkta düşey paralel plakalar için ortalama Nu: Bir düşey ısı alıcı için optimum kanat aralığı 9

10 Düşey Baskı Devre Kartlarında Doğal Taşınımla Soğutma Her iki plaka üzerinde üniform ısı akısı için düzeltilmiş Rayleigh sayısı : Her iki plakada üniform ısı akısı durumu için optimum kanat aralığı, Plakalardan olan toplam ısı transfer hızı; 10

11 KAPALI ARALIKLARDA DOĞAL TAŞINIM The Rayleigh sayısı: L c : Karakteristik uzunluk (sıcak ve soğuk yüzeyler arasındaki mesafe) T 1 : Sıcak yüzey sıcaklığı T 2 : Soğuk yüzey sıcaklığı Kutuların etkili ısı iletkenliği: Nu = 1 özel durumu için, kutuların etkili ısıl iletkenliği akışkanın iletkenliğine eşit olur. 11

12 Yatay Dikdörtgen Kapalı Aralıklar Eğik Dikdörtgen Kapalı Aralıklar 12

13 Düşey Dikdörtgen Kapalı Aralıklar Büyük uzunluk oranları ile dikey kutular için: at Eş Eksenli Silindirler Etkili ısıl iletkenlik: For : Konsantrik silindirler için geometrik faktör F cyl : 13

14 Eş Eksenli Küreler Etkili ısı iletkenliği için tavsiye edilen ilişki: Konsantirik küre için geometrik faktör (F sph ): For : Birleşik Doğal Taşınım ve Işınım ε 1 ve ε 2 plakaların emissivitesidir ve etkili olarak etkin emissivite şekildedir: şu 14

15 15

16 BİRLEŞİK DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIM Destekleyen akışta, doğal taşınım zorlanmış taşınıma yardım eder ve ısı transferini artırır. Örnek: Sıcak yüzey üzerindeki yukarı doğru zorlanmış akış. Zıt akışta, doğal taşınım zorlanmış taşınıma engellemeye çalışır ve ısı transferini azaltır. Örnek: Soğuk yüzey üzerindeki yukarı doğru zorlanmış akış. Çapraz akışta, yüzey etrafındaki hareket zorlanmış harekete diktir. Enine akış, akışkan karışımını arttırır ve buna bağlı olarak ısı transferini de artırır. Örnek: Sıcak veya soğuk silindir veya küre üzerindeki yatay zorlanmış akış. Nu forced ve Nu natural sırasıyla saf zorlanmış ve saf doğal taşınımın korelasyonuyla elde edilir. 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 Sonuçta öğrenilenler: Doğal taşınımın fiziksel mekanizmaları The Grashof Sayısı (Gr L ) The Rayleigh Sayısı (Ra L ) Yüzeyler üzerindeki doğal taşınım (Dikey Plakalar ve Silindirler; Eğik Plakalar; Yatay Plakalar, Silindirler ve Küreler) Kanatlı Yüzeyler ve PCB lerdeki Doğal Taşınım Kutuların içindeki Doğal Taşınım (Yatay, Eğik ve Dikey Dikdörtgen; Konsantrik Silindir ve Küreler) Etkili Isıl İletkenlik Kombine Doğal ve Zorlanmış Taşınım 23