T.C RECEP TAYYİP ERDOĞAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVARI I DERSİ

Transkript

1 .C RECEP AYYİP EROĞAN ÜNİVERSİESİ MÜHENİSLİK FAKÜLESİ MAKİNE MÜHENİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORAUVARI I ERSİ OĞAL VE ZORLANMIŞ ISI RANSFERİ ENEY FÖYÜ Hazırlayan: Arş.Gör. Muaed En OPAL RİZE 08

2 İçndekler H-330 OĞAL VE ZORLANMIŞ ISI RANSFERİ EĞİİM SEİ ŞEMASI... 3 Karşıt Akışlı Isı eğştrge... 7 ENEYLER... 3

3 3 ) H-330 OĞAL VE ZORLANMIŞ ISI RANSFERİ EĞİİM SEİ ŞEMASI Isıtıı 000W

4 4 ) ISI EĞİŞİRİCİLERİ Farklı sıaklıklarda rjt br duvarla ayrılış k akışkan arasındak ısı değş prsesleryle üendslkte brçk uygulaada karşılaşılır. Bu ısı değşn ten eden aza ısı değştr denr. Isı değştr analz Br ısı değştr tasarlaak veya bu ısı değştrnn perfransı tan edlek stendğnde br zaandak tpla ısı transfer ktarını akışkan grş ve çıkış sıaklıkları kara ısı transfer katsayısı ve tpla yüzey alanı le lşklendrek gerekeektr. Enerj denges bağıntısı sstee uygulanarak böyle br bağıntı elde edleblr. Sıak akışkan Sğuk akışkan burada akışkan entalpsn gösterektedr. Sabt özgül ısılar kabulü le: Sıak akışkan Sğuk akışkan yazılablr. ğer faydalı br fade br zaandak tpla ısı transfern sıak ve sğuk akışkan sıaklıkları farkı Δ ye bağlı larak veren br fade lablr. Bu alde: Bu fade Newtn sğua kanununun uygulandığı br duru lalıdır. ek br transfer katsayısı yerne bu duruda kara ısı transfer katsayısı U kullanılaaktır. Δ ısı değştrgende bulunulan pzsyn le değşeeğnden dlayı rtalaa br sıaklık farkı göz önüne alınalıdır. UA çn gelştrlen bu k fade yardııyla ısı değştrge analz yapılablr. Δ çn uygun br şekl gelştrleldr. Sıak akışkan Sğuk akışkan p p

5 5 Lgartk rtalaa sıaklık farkı le ısı değştr analz Isı değştrler sıak ve sğuk akışkanların aynı yönde (paralel akış) ve zıt yönde (karşıt akış) areketlerne göre teel larak sınıflandırılırlar. Paralel akışlı ısı değştr sıaklık farkı başlangıçta büyüktür anak x n artasıyla ızlı br şeklde düşer ve aspttk larak 0 a yaklaşır. Bu tp br ısı değştr çn sğuk akışkanın çıkış sıaklığı sıak akışkanın çıkış sıaklığını aşaaz. Burada: çn sıak ve sğuk akışkanların dferansyel eleanlarına enerj denges uygulanablr. Her eleanın uzunluğu dx ve ısı transfer yüzey alanı da lsun. p p ve U çn rtalaa değerler alınırsa: d d p p d d C C d d yazılablr. Burada C ve C sıak ve sğuk akışkan ısı kapastelerdr. da yüzey alanından ısı transfer çn: d UdA yazılablr. Lkal sıaklık farkı: knursa: lak üzere enerj denges fadeler yerne

6 6 C C UA da C C U d C C d d d d ln C ve C değerler çn: UA ln ve lduğundan ln UA bulunur. Snuçlar özet alnde verlrse: l l UA ln ln

7 =5 =45 7 3) KARŞI AKIŞLI ISI EĞİŞİRİCİ Bu tp br ısı değştr çn sğuk akışkanın çıkış sıaklığı sıak akışkanın çıkış sıaklığını aşablr. UA l l ln ln Prble Zıt akışlı eş erkezl br ısı değştr br gaz türbnnn yağlaa yağını sğutak çn kullanılaktadır. İç brudan (=5 ) akan sğuta suyunun debs 0. kg/s dr. Bru dışından (=45 ) akan yağlaa yağının debs 0. kg/s dr. Yağ ve suyun grş sıaklıkları 00 ºC ve 30 ºC dr. Yağ çıkış sıaklığının 60 ºC lası çn bru uzunluğu ne lalıdır? yağ su

8 8 Verlenler: 80ºC da yağ: p=3 J/kgK =3.5x0- Ns/ k=0.38 W/K 35ºC da su : p=478 J/kgK =75x0-6 Ns/ k=0.65 W/k Pr=4.85 Br zaanda gerekl ısı transfer ktarı: x ) 0.x3x(00 p p í p W Gerekl ısı değştrge uzunluğu çn: í U C L A UA / ln / ln Reynlds sayısı 4050 x0.05 x75 x0 4x0. 4 Re 6 Au akış türbülanslıdır. =00 C =0. kg/s =60 C =0. kg/s =30 C

9 9 Nu Nu 0.03 Re 4 / 5 Pr 0.03 x / 5 x k 90x0.65 Nu 50 W / K 0.05 Yağ bru dışından aktığı çn drlk çap değer göz önüne alınır. Re Re 0.0 u x0. / 4 x3.5x0 56 Akış lanardır. İç yüzey sıaklığı sabt ve dış yüzey zle edlşse sabt Nu değer tabldan kunur. / 0.56 Nu x W / K 0.00 İlete at ter genellkle al edlr bu duruda kara ısı let katsayısı: U 37.8 W / K /50 / 38.4 Gerekl bru uzunluğu: 854 L U 37.8xx0.05 x

10 0 KONROL MENÜSÜ Ölçü ve kntrl enüsünden az üzernde çalıştırayı stedğz ekpanları çalıştırayı ve bunun snuunda luşan ölçü değerlern görez sağlar. Ölçü ve kntrl enüsünde çalıştırılaak ekpanlar ve kunan değerler: ) Ppa grş ve çıkış basınçlarını göreblrz. ) Sıak yağ grş ve çıkış sıaklıklarını göreblrz. 3) Sğuk su grş ve çıkış sıaklıklarını göreblrz. 4) Rezstansın güünü göreblrz. 5) Set sıaklığı değer ayarını yapablrz. 6) Isıtıı çalıştırablrz veya kapayablrz. 7) Ppayı çalıştırablr veya kapayablrz. 8) Akış çeşdn paralel veya ters akış knuuna getreblrz.

11 4) ENEYLER A) ENEY NO: H B) ENEYİN AI: Bast ç çe brulu ısı değştrde paralel ve karşı akışlı ısı geçşnn gösterles C) ENEYİN AMACI: İç çe brulu ısı değştrde erang br akış debsnde paralel ve karşı akışlı aller çn sıaklık değşnn esaplanası. ) GEREKLİ ALE VE CİHAZLAR E) ENEYİN YAPILIŞI: ) Ana şalter açın. ) Ppayı ve ısıtııyı çalıştırın. Kntrl ekranında paralel akış le laak şeklde ayarlayın. Bu duruda su ısı değştrye üstten greek ve alttan terk edeektr. 3) Kntrl vanası yardııyla su debsn stenlen değere ayarlayın. 4) Sste kararlı ale gelne sıaklık ve deb değerlern aşağıdak tablya kaydedn. 5) Kntrl ekranında ters akış le laak şeklde ayarlayın. Bu duruda su ısı değştrye alttan greek üstten terk edeektr. 6) abl değerlern kullanarak aşağıdak esaplaaları yapın. Sıak yağ ve sğuk su Cpsu değer çn föylern snundak çzelgeden yararlanın. Sıak yağ ve sğuk su Cpsu değerler çn rtalaa su sıaklıklarını kullanın. E) RAPORA İSENENLER: eney n deneyn adı ve aaı plakalı ısı değştrnn ısıl kapastes K ısı geçrgenlk değer.

12 Ölçü sayısı Paralel akış ers akış Örnek- Örnek- Sıak yağ grş sıaklığı t [ 0 C] Sıak yağ dönüş sıaklığı t [ 0 C] Sğuk su grş sıaklığı t3 [ 0 C] Sğuk su dönüş sıaklığı t4 [ 0 C] Isıtıı grş güü P [W] sğsu (L/) Ppa grş basını p [bar] Ppa çıkış basını p [bar] HESAPLAMALAR: Sğuta suyuna aktarılan yük: C (t - t ) (Paralel akış) Q su psu 4 3 Sğuta suyuna aktarılan yük: C (t - t ) (ers akış) Cpsu=abl EK- den Q su psu 3 4

13 3 d yağ su 4 3 d yağ su 3 Paralel akış Karşı akış 4 Şekl- Paralel ve ers akışlı allerde sıaklık değşler Lgartk sıaklık farkı: d ln t t t3 t 4 Paralel ve ters akış aller çn lgartk sıaklık farkını esaplayınız. A) ENEY NO: H B) ENEYİN AI: Isı değştrde dğal ve zrlanış akışta enerj dengesnn esaplanası C) ENEYİN AMACI: İç çe brulu ısı değştrde ppanın çalıştığı ve çalışadığı andak enerj transferlernn esaplanası ) GEREKLİ ALE VE CİHAZLAR E) ENEYİN YAPILIŞI: ) Ana şalter açın.

14 4 ) Ppayı ve ısıtııyı çalıştırın. Kntrl ekranında ters akış le laak şeklde ayarlayın. Bu duruda su ısı değştrye alttan greek üstten terk edeektr. 3) Kntrl vanası yardııyla su debsn stenlen değere ayarlayın. 4) Sste kararlı ale gelne sıaklık ve deb değerlern aşağıdak tablya kaydedn. 5) Ppayı durdurun sste tatk larak baypas vanası açaaktır. Bu alde yağ tarafındak dlaşı dğal akış aln alaaktır. Kararlılık sağlandığında değerler tablya kaydedn. 6) abl değerlern kullanarak aşağıdak esaplaaları yapın. Suyun Cpsu değer çn föylern snundak çzelgeden yararlanın. Cpsu değerler çn rtalaa su sıaklıklarını kullanın. E) RAPORA İSENENLER: eney n deneyn adı ve aaı plakalı ısı değştrnn ısıl kapastes K ısı geçrgenlk değer. Ölçü sayısı Sıak yağ grş sıaklığı t [ 0 C] Sıak yağ dönüş sıaklığı t [ 0 C] Sğuk su grş sıaklığı t3 [ 0 C] Sğuk su dönüş sıaklığı t4 [ 0 C] Isıtıı grş güü P [kw] Zrlanış akış ğal akış Örnek- Örnek-

15 5 sğsu (L/) Ppa grş basını p [bar] Ppa çıkış basını p [bar] HESAPLAMALAR: Sğuta suyuna aktarılan yük: Q C (t - t ) (Zrlanış akış) su psu 4 3 Sğuta suyuna aktarılan yük: C (t - t ) (ğal akış) Cpsu=abl EK den Q su psu 3 4 Fark : Q Q Q [W]* *: su değer g/s alınırsa snuç W larak çıkar.

16 6 A) ENEY NO: H B) ENEYİN AI: Yağ ve su tarafındak tpla ısı transfer katsayısının esaplanası C) ENEYİN AMACI: İç çe brulu ısı değştrnn yağ ve su tarafı yüzeyler eşt ladığından ve özgül ısıları da farklı lduğu çn ısı transfer katsayıları farklı laaktır. ) GEREKLİ ALE VE CİHAZLAR E) ENEYİN YAPILIŞI: ) Ana şalter açın. ) Ppayı ve ısıtııyı çalıştırın. Kntrl ekranında paralel akış le laak şeklde ayarlayın. Bu duruda su ısı değştrye üstten greek ve alttan terk edeektr. 3) Kntrl vanası yardııyla su debsn stenlen değere ayarlayın. 4) Sste kararlı ale gelne sıaklık ve deb değerlern aşağıdak tablya kaydedn. 5) abl değerlern kullanarak aşağıdak esaplaaları yapın. Suyun Cpsu değer çn föylern snundak çzelgeden yararlanın. Cpsu değerler çn rtalaa su sıaklıklarını kullanın. E) RAPORA İSENENLER: eney n deneyn adı ve aaı plakalı ısı değştrnn ısıl kapastes K ısı geçrgenlk değer. Ölçü sayısı Örnek Sıak yağ grş sıaklığı t [ 0 C] Sıak yağ dönüş sıaklığı t [ 0 C] Sğuk su grş sıaklığı t3 [ 0 C] Sğuk su dönüş sıaklığı t4 [ 0 C] Isıtıı grş güü P [kw] sğsu (L/) Ppa grş basını p [bar] Ppa çıkış basını p [bar]

17 7 HESAPLAMALAR: Sğuta suyuna aktarılan yük: C (t - t ) Cpsu rtalaa sıaklık çn EK dek tabldan alınaaktır. Q su psu 4 3 ğer taraftan Q = Ku A Δt Isı geçrgenlk değer: K u Q [W/ K] A. d Lgartk sıaklık farkı: d ln t t t3 t 4 A L Isı değştr transfer yüzey çn A =0034

18 8 A) ENEY NO: H B) ENEYİN AI: Nusselt ve Graetz sayılarının deneysel larak esaplanası C) ENEYİN AMACI: İç çe brulu ısı değştrde erang br akış debsnde kapaste ve K ısı geçrgenl değerlernn deneysel larak esaplanası. ) GEREKLİ ALE VE CİHAZLAR E) ENEYİN YAPILIŞI: ) Ana şalter açın. ) Ppayı ve ısıtııyı çalıştırın. Kntrl ekranında ters akış le laak şeklde ayarlayın. 3) Kntrl vanası yardııyla su debsn stenlen değere ayarlayın. 4) Sste kararlı ale gelne sıaklık ve deb değerlern aşağıdak tablya kaydedn. 5) abl değerlern kullanarak aşağıdak esaplaaları yapın. Suyun Cpsu değer çn föylern snundak çzelgeden yararlanın. Cpsu değerler çn rtalaa su sıaklıklarını kullanın. E) RAPORA İSENENLER: eney n deneyn adı ve aaı plakalı ısı değştrnn ısıl kapastes K ısı geçrgenlk değer. Ölçü sayısı Örnek Sıak yağ grş sıaklığı t [ 0 C] Sıak yağ dönüş sıaklığı t [ 0 C] Sğuk su grş sıaklığı t3 [ 0 C] Sğuk su dönüş sıaklığı t4 [ 0 C] Isıtıı grş güü P [kw] sğsu (L/) Ppa grş basını p [bar] Ppa çıkış basını p [bar] KURAMSAL AÇIKLAMA:

19 9 ) Nusselt Sayısı Nu k Burada ısı transfer katsayısıdır. Nusselt sayısı yüzeydek byutsuz sıaklık gradyenn gösterr. Lanar akışta Nu sayısı sabttr anak türbülanslı akışta Reynlds sayısı ve Prandtl sayısının br fnksynu şeklnde fade edlr. Bağıntı Nu 3.66 Nu 4.36 Kşullar Lanar sabt Pr>0.6 Lanar sabt yüzey sıaklığı Pr>0.6 Nu 0.03 Re 4 / 5 Pr n ürbülanslı 0.6<Pr<60 Re>0000 L/>0 ısıta çn n=0.4 sğuta çn n=0.3 aresel layan brulardak akış prblende karakterstk uzunluk larak efektf çap tanılanalıdır. Hdrlk çap değer: 4 A P larak tarf edlr. Burada A akış kest alanı ve P ıslak çevre uzunluğudur. ürbülanslı akış çn daresel kestl brulara at bağıntı kullanılablr. Lanar akış çn Nu değerler tabl alnde verlr.

20 0 Eşerkezl brulara ısı transfer uygulaalarında çk rastlanılır. Brunun ç ve dış yüzeylerne at Nu sayıları tanılanır. s s Şekl- İç çe brulu ısı değştrde drlk çapın belrlenes s s Karşılık gelen Nu sayıları: Nu k Nu k Hdrlk çap değer: 4 / 4

21 : ış çap : 54 : İç çap : 35 ürbülanslı akış çn Nu sayısı drlk çap kullanılarak daresel kestl bru çn bağıntılardan tespt edleblr. Lanar akış çn tabl değerler kunur. / Nu Nu / Nu Nu ) Graetz Sayısı Akışkanlar ekanğnde Graetz sayısı (Gz) br bru çndek katanlı akışı karakterze eden byutsuz br sayıdır. Şu şeklde fade edlr: Gz Re Pr 4L burada : brunu ç çapı veya drlk çap (35 ) L : brunun uzunluğu ( 3 ) Re : Reynlds sayısı Pr : Prandtl sayısı Bu sayı uzun kanallardak grş ağızlarında teral gelşn belrlenesnde kullanışlıdır. Graetz sayısı yaklaşık larak 000 veya daa az lduğu nktada teral gelş ta larak kabul edlr. Kütle transfer le bağlantılı larak kullanıldığında Prandtl sayısı Sdt (S) sayısı le yer değştrr. Bu sayı entu yayınıının kütle yayınıına ranı larak açıklanır. Gz Re S L

22 Bu sayı sn fzkç Le Graetz den alıştır. ) HESAPLAMALAR Önelkle akış karakterstğnn katanlı (lanar) veya tedrgn (türbülanslı) lup ladığının belrlenes gerekr: A =0034 L : Bru çapı Q : eb V : Kneatk vzkzte A : Alan Reynlds sayısı bulunduktan snra Prandtl sayısı sıaklığa bağlı larak EK- dek tabldan bulunur. Yağ akış debs çn Şekl-3 tek çalışa nktasındak deb değer alınaaktır.

23 3 Şekl-3 Srkülasyn ppasının karakterstk eğrs

24 4 A) ENEY NO: H B) ENEYİN AI: İç çe ısı değştrde tpla ısı geçrgenlk katsayısının debye bağlı larak değşnn nelenes C) ENEYİN AMACI: İç çe brulu ısı değştrde farklı akış debler ve yükler çn K ısı geçrgenlk değerlernn deneysel larak nasıl değştğnn esaplanası. ) GEREKLİ ALE VE CİHAZLAR E) ENEYİN YAPILIŞI: ) Ana şalter açın. ) Ppayı ve ısıtııyı çalıştırın. Kntrl ekranında ters akış le laak şeklde ayarlayın. Bu duruda su ısı değştrye alttan greek ve üstten terk edeektr. 3) Kntrl vanası yardııyla su debsn stenlen değere ayarlayın. 4) Sste kararlı ale gelne sıaklık ve deb değerlern aşağıdak tablya kaydedn. 5) 3-5 basaağındak şleler sırasıyla değşk deb değerler çn tekrarlayın. 6) abl değerlern kullanarak aşağıdak esaplaaları yapın. Suyun Cpsu değer çn föylern snundak çzelgeden yararlanın. Cpsu değerler çn rtalaa su sıaklıklarını kullanın. E) RAPORA İSENENLER: eney n deneyn adı ve aaı plakalı ısı değştrnn ısıl kapastes K ısı geçrgenlk değer. Ölçü sayısı 3 4

25 5 Sıak yağ grş sıaklığı [ 0 C] t Sıak yağ dönüş sıaklığı t [ 0 C] Sğuk su grş sıaklığı [ 0 C] t3 Sğuk su dönüş sıaklığı t4 [ 0 C] Isıtıı grş güü [kw] su (L/) P Ppa grş basını p [bar] Ppa çıkış basını p [bar] HESAPLAMALAR: Sğuta suyuna aktarılan yük: C (t - t ) Cpsu rtalaa sıaklık çn EK dek tabldan alınaaktır. Q su psu 4 3 ğer taraftan Q = Ku A Δt

26 eb [L/] 6 Isı geçrgenlk değer: K u Q [W/ K] A. d Lgartk sıaklık farkı: d ln t t t3 t 4 Isı değştr transfer yüzey çn A = pla ısı transfer katsayısı Ku [W/K]

27 7 EKLER: EK- yuş suyun farklı sıaklıklardak fzksel özellkler

28 EK- CİHAZA KULLANILAN YAĞIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ FİZİKSEL Görsel : Sarısı Kavereng ÖZELLİKLERİ Görünüş Berrak Yğunluk 0 C de IN : 0869 Vskzte 40 C de IN 556 : 33 ²/s Alev Ala Nktası IN 5584 : 0 ºC na Nktası ISO 3 06 : - 6 ºC Yağ fl çalışa sıaklığı : 350 ºC Isı ransfer Kat Sayısı : 0 W/K Xyll Metduna göre su tayn : su çerez Kaynaa Başlangıı IN 558/ISO : 360 ºC WAERMEUBERRAGUNGSOL-R 350 ºC ye kadar çalışa sıaklığı lan kapalı ısı transfer sstelernde kullanılak üzere azırlanış ısı transfer yağıdır. WAERMEÜBERRAGUNGSOL-R ükeel yaşlana dengellğ ve kstlene dren sağlayan aden yağ esaslı br ısı transfer ürünüdür.