BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 8

Transkript

1 BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 8 FARKLI YÜZEY ÖZELLİKLERİNE SAHİP PLAKALARIN ISIL IŞINIM YAYMA ORANLARININ HESAPLANMASI

2 BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY-9 FARKLI YÜZEY ÖZELLİKLERİNE SAHİP PLAKALARIN ISIL IŞINIM YAYMA ORANLARININ HESAPLANMASI GİRİŞ Isıl ışınımla ısı geçş, ısı transfer türlernden brsdr ve bazı uygulamalarda en öneml ısı geçş türü olmaktadır. Işınımla ısı geçş olması çn br ortama gereksnm yoktur. Farklı sıcaklıktak k yüzey arasında vakumlu ortamda ısı transfer gerçekleşmektedr. Isıl ışınım, sıcaklığı nedenyle maddeden yayılan ener le lşkldr. Isıl ışınımı açıklayan k teor bulumaktadır. Brncs ışınımı, foton veya kuanta adı verlen parçacık demetlernn yayılması olarak, kncs se ışınımı elektromagnetk dalgaların yayılması bçmnde açıklamaktadır. Bu deneyde farklı yüzey özellklerne sahp plakaların yayma oranları hesaplanacaktır. İk yüzey arasındak ısı geçş; yüzeylern ışınım özellkler, sıcaklıkları, geometrler ve brbrne göre konumlarına bağlıdır. Yüzeyler arasında, ışınımla etkleşmeyen br ortam bulunduğu kabul edleceketr. İk yüzey arasında ışınımla ısı geçşn hesaplayablmek çn şekl faktörünün blnmes gerekmektedr. Şekl faktörü aşağıdak formülle fade edlr. 1 cosθ cosθ F = da da 2 A πr 1 A A Burada F, A yüzeynden gden ışınımın A yüzeyne gelen bölümü olarak tanımlanır. Syah yüzeylerden çıkan ener sadece yaymadan kaynaklanır, yansıma syah yüzeyler çn sözkonusu değldr ve gelen tüm ışınım eners yutulur. Başka hçbr yüzey, belrl br sıcaklıkta, syah yüzeyden daha fazla ener yayamaz. Syah yüzey bu durumda deal br yüzeydr ve yayma oranını tanımlarken syah yüzey referans olarak alınır. Belrl br sıcaklıkta br yüzeyn yaydığı ışınımın aynı sıcaklıkta syah yüzeyn yaydığı ışınıma oranı yayma oranı olarak tanımlanır. Herhang k syah yüzey arasındak ışınımla ısı geçş, Stefan-Boltzmann yasası le açıklanan aşağıdak denklem le hesaplanır. q = A F σ ( T 4 T 4 ) q : yüzeynn yüzey le etkleşm sonucunda aldığı net ışınım mktarı (W) A : yüzeynn alanı (m 2 ) σ : Stefan-Boltzmann sabt (5.67x10-8 W/m 2 K 4 ) T : yüzeynn sıcaklığı (K) : yüzeynn sıcaklığı (K) T 1

3 Syah olmayan yüzeylern yayma oranı 1,0 dan küçüktür ve bu yüzeylerden yayılan ışınımı tanımlarken aşağıdak formül kullanılır. q AF T T 4 4 = εσ ( ) ε : yüzeyne at yayma oranı olarak tanımlanır. DENEYİN AMACI Farklı yüzey özellklerne sahp plakaların yayma oranlarının hesaplanması. DENEY DÜZENEĞİ Deney düzeneğ, br ray ve ray üzerne yerleştrmş üç taşıyıcı kısım le ısı kaynağından oluşmaktadır. Ray üzernde bulunan cetvel yardımıyla, yerleştrlen kısımların arasındak uzunluklar belrleneblmektedr. Brnc taşıyıcı kısım metal plakaların yerleştrlmes çn tasarlanmıştır. Metal plakalar parlak, mat syah ve donuk gr olmak üzere üç yüzey özellğne sahptr. Metal plakaların üzernde bulunan termoçftler plakaların sıcaklıklarını ölçmemz sağlar. Deneyde kullanacağımız üçüncü taşıyıcı kısıma radyometre yerleştrlr ve radayometre üzerne düşen ışınım konsol üzernde bulunan dtal göstergeden okunur. Deney yapılırken, dış kaynaklardan olablecek ışınım (güneş ışığı, oda ıstıcıları vb.) en aza ndrlmeldr. Deney düzeneğ üzernde bulunan ısıtıcı kısım 200 W gücünde seramk ıstıcı ve bunun önüne yerleştrlmş 100 mm çapında syah alümnyum plakadan oluşmaktadır. Volta ayar düğmes kullanılarak (0-220 V) elektrkle ısıtma şlem gerçekleştrlr. Syah alümnyum plakanın ön yüzey mat syah boya le boyanmıştır ve yayma oranı 1.0 a çok yakındır. T10 termoçft yardımıyla bu plakanın sıcaklığı ölçülür ve ısı transfer ana üntes üzernde bulunan dtal göstergeden okunur. DENEY PROSEDÜRÜ Isı transfer ana üntes üzernde bulunan açma kapama düğmesnn kapalı pozsyonda olduğundan emn olunuz. Isı kaynağının güç fşn ana ünte üzernde lgl yere yerleştrnz. Radyometrey ray üzernde bulunan taşıyıcı kısma yerleştrnz. Radyometre konsolu le ana ünte arasındak ve konsolla radyometre arasındak bağlantıları kontrol ednz. Plakaları brnc taşıyıcı kısma yerleştrnz. Ana ünteye güç vernz ve radyometrey sıfıra ayarlayınız. Volta ayar düğmesyle voltaı arttırarak ısıtıcıya güç vernz. Sstemn kararlı hale gelmesn bekleynz ve okunan değerler gözlemler kısmına not ednz. Deney tamamlandıktan sonra voltaı ayar düğmesn sıfıra getrnz ve ana üntey kapatınız. 2

4 Dkkat! Deney sırasında plakaların sıcaklığı çok yüksek değerlere ulaşacağı çn plakalara kesnlkle dokunulmaması gerekmektedr. HESAPLAMALAR 1) Syah, gr, ve parlak yüzeye sahp plakaların yüzey sıcaklıklarını, dış hava sıcaklığını, şekl faktörünü ve radyometreden okunan ışınım değerlern kullanarak bu plakalar çn yayma katsayılarını hesaplayınız. Bulduğunuz sonuçları, sonuç ve yorumlar kısmında yorumlayınız. R : Radyometrede okunan ışınım değer. (W/m 2 ) C :... Radyometre kalbrasyon katsayısı (Deney sırasında verlecektr) q : Hesaplanan yüzey ışınım değer (W/m 2 ) R c : Düzeltlmş radyometre ışınım değer (W/m 2 ) Not: Labaratuara gelrken aşağıdakler yanınızda getrmenz gerekmektedr. 1-Hesap maknası. 2-Deney föyü. 3-Isı transfer ders ktabı. 4-Grafk kağıdı. DENEY RAPORU Deney raporları aşağıdak çerğe uygun olarak hazırlanmalıdır. İçerk 1- Kapak Sayfası. 2- Ölçümler. 3- Hesaplamalar. 4- Grafkler. 5- Sonuçlar ve yorumlar. 3

5 BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY-9 FARKLI YÜZEY ÖZELLİKLERİNE SAHİP PLAKALARIN ISIL IŞINIM YAYMA ORANLARININ HESAPLANMASI Ad Soyad:... No:... Tarh:... 4

6 Gözlemler: T syah ( C) T gr ( C) T parlak ( C) T dış hava ( C) R (W/m 2 ) R c (W/m 2 ) x (mm) Hesaplamalar: Plaka Brmler Syah Plaka Gr Plaka Parlak Plaka T s K T a K q W/m 2 R c W/m 2 F - Yayma katsayısı (ε) - 5

7 Sonuçlar ve yorumlar:... 6