TAŞINIMLA ISI AKTARIMI DENEYİ

Transkript

1 TAŞINIMLA ISI AKTARIMI DENEYİ Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

2 1. Amaç Doğal ve zorlanmış taşınımla ısı aktarımının temel ilkelerinin deney düzeneği üzerinde uygulanması. Öğrenme çıktıları a. Isı aktarım mekanizmalarını bilir, b. Doğal ve zorlanmış taşınım farkını bilir, c. Farklı akışkan akış hızının ve yüzey geometrilerinin taşınımla ısı aktarımına etkilerini bilir, d. Bir deney sistemini emniyetli bir şekilde kullanır, e. Deneysel verileri amaç doğrultusunda analiz eder ve yorumlar, f. Deneysel sonuçları bir rapor halinde sunar. 2. Genel Bilgiler İki ortam arasında sıcaklık farkı olması, bu iki ortam arasında ısı aktarımının gerçekleşmesine neden olur. Isı aktarımı üç farklı yolla gerçekleşir: İletim, taşınım ve ışınım. Katı ile akışkan arasında oluşacak ısı aktarımı taşınım ile gerçekleşmektedir. Taşınım ile ısı aktarımı akışkanın hareketine bağlı olarak doğal ve zorlanmış taşınım olarak ikiye ayrılır. Doğal taşınımda, herhangi bir akışkan hareketi, yüzme kuvveti etkisi, yani sıcak sıvının yükselmesi ve soğutucu sıvının düşmesi gibi doğal araçlardan kaynaklanır. Zorlanmış taşınımda ise, akışkan dışarıdan bir fan, kompresör, pompa, v.b. ile bir yüzeyin üzerinden veya tüpün içine akmaya zorlanır. Taşınımla ısı aktarımı Newton un Soğuma Kanunu ile ifade edilir. Q = h A (Ty - T ) Bu denklemde; Q : Taşınımla aktarılan ısı miktarı (W) h : Isı aktarım katsayısı (W/m 2 C) A : Isının aktarıldığı alan (m 2 ) Ty : Yüzey sıcaklığı ( C) T : Akışkan sıcaklığı ( C) dir. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 2

3 3. Deney Sistemi Deney düzeneği Şekil 1 de görülen kısımlardan oluşmaktadır. Şekil 1. Deney Düzeneği Doğal ve zorlanmış taşınım deney düzeneği, dikdörtgen kesitli dikey bir kanal, güç kontrol ünitesi, kanal içerisine yerleştirilmiş bir fan, kanal içerisine yerleştirilebilen farklı tipteki yüzeyler, sıcaklık sensörleri ve hızölçerden oluşmaktadır. Kontrol ünitesi sayesinde hedef yüzeylere verilen ısıl güç ayarlanabilmektedir. Aynı şekilde fan tamamen kapatılabilmekte veya değişik devirlerde dönüşü sağlanarak kanal içerisinde değişik hız değerleri elde edilebilmektedir. Böylece kanal içerisine değişik geometrilere sahip yüzeyler monte edilebilmekte, bu yüzeylere verilecek ısıl güç ile kanal havasından daha yüksek bir sıcaklığa ulaşmaları sağlanabilmektedir. Bu sıcaklık farkı yüzey ile hava arasında taşınımla ısı aktarımına sebebiyet vermektedir. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 3

4 4. Deneysel Çalışma 4.1. Düzlem Plaka Şeklindeki Isıtıcı İle Taşınım Deneyin Yapılışı 1. Düzlem plaka seklindeki ısıtıcı kanala yerleştirilir. 2. İstenilen miktarda ısıl güç kontrol ünitesi üzerinden ayarlanır. 3. Sistemin sürekli rejime oturması beklenir. 4. Plaka yüzey sıcaklığı ölçülür. 5. Kanal içerisindeki hava sıcaklığı ölçülür. 6. Fan kanal içerisinde 1 m/s ve 2 m/s hava hızları elde edilecek şekilde çalıştırılarak, yukarıdaki işlemler tekrarlanır. Tablo 1. Deney 1 için ölçülecek ve hesaplanacak değerler Hızı V (m/s) Yüzey T y( C) Ortam T ( C) Sıcaklık Farkı T y- T ( C) Isıtıcı Gücü (W) Isıtıcı Yüzey Alanı (m 2 ) Doğal Taşınım Isı Aktarım Katsayısı (W/m 2 C) Zorlanmış Taşınım Hesaplamalar Doğal taşınım halinde ısı aktarım katsayısı bulunacak, Zorlanmış taşınım halinde (1 m/s ve 2 m/s) ısı aktarım katsayıları tespit edilecek, Hıza karşı ısı aktarım katsayısının değişim grafiği çizilecek, Sonuçlar yorumlanacak Kanatlı Isıtıcı İle Taşınım Deneyin Yapılışı Kanatlı ısıtıcı kanal içerisine yerleştirilir. Isıtıcı gücü istenilen değere ayarlanır. Sistemin sürekli rejim haline ulaşması beklenir. Kanal içerisindeki hava sıcaklığı kaydedilir. Sırasıyla kanat dibinden ucuna doğru sıcaklıklar ölçülür. Yukarıdaki işlemler, fan çalıştırılarak 1.5 m/s, 2 m/s, 2.5 m/s ve 3 m/s hava hızları için tekrarlanır. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 4

5 Tablo 2. Deney 2 için ölçülecek ve hesaplanacak değerler Sıcaklıklar T Hızı T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 y (x=7.5 (x=19.5 (x=31.5 (x=43.5 (x=55.5 (m/s) (x=0) mm) mm) mm) mm) mm) 0 T 6 (x=67.5 mm) Isıl Güç (W) ( C) Hesaplamalar Hıza (V) karşı Sıcaklık farkı (Ty-T ) değişim grafiği çizilecek, Plaka tabanından uzaklığa (x) karşı Yüzey sıcaklığı (T) değişim grafiği çizilecek, Sonuçlar yorumlanacak. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 5