İletim, taşınım ve ışınım ile ısı geçişi

Transkript

1 GİRİŞ

2 İletim, taşınım ve ışınım ile ısı geçişi

3 İletim ile ısı geçişinin, moleküler faaliyete bağlı olan enerji yayılımı ile ilişkisi

4 İletimle bir boyutlu ısı geçişi Fourier Yasası dt T2 T 1 dx L q x k dt dx T T q 1 x k L 2 q x q x A

5 Örnek 1.1 Duvardan birim zamanda geçen ısı miktarı? q x T k L 250K ( 1. 7 W / mk ) 2833W / m 0. 15m HW q 0. 5m * 3m2833W / m 2 W qx x

6 Taşınımla ısı geçişinde sınır tabaka gelişimi q h T s T

7 Taşınımla ısı geçişi işlemleri

8 Isı taşınım katsayısı için örnek değerler işlem h [W/m 2 K] Doğal taşınım Gazlar 2-25 Sıvılar Zorlanmış taşınım Gazlar Sıvılar Faz değişimli taşınım Kaynama veya yoğuşma

9 Işınımla ısı alışverişi E 4 b T s 4 E T s G abs G q q ışınım taşınım q A ışınım E b 4 4 T G T T s 4 4 T A T T q q ha T s s s ç ç

10 Örnek 1.2 Borunun yüzeyinden, borunun birim uzunluğu için, birim zamandaki ısı kaybı? 4 E Ts 0. 8* 5. 67* 10 * W / m 4 8 G Tç 5. 67* 10 * W / m q DL T T DL T T h s 4 4 s 2 ç 2

11 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.

12 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 hacmine giren ısıl ve mekanik enerji Belli bir zaman aralığında (Δt) Kontrol hacminin içinde üretilen ısıl enerji Kontrol hacminden çıkan ısıl ve mekanik enerji + - = Kontrol hacminde depolanan 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.

13 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:.... dedepolanan Egiren Eüretilen Eçıkan Edepolanan Aynı denklem herhangi bir zaman aralığında uygulanabilir. E giren E üretilen - E çıkan dt E depolanan

14 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.

15 Termodinamiğin birinci yasasının kapalı sisteme uygulanması Q - W U. du q - W dt

16 Termodinamiğin birinci yasasının açık sisteme uygulanması. m. u pv V²/2 gz m u pv V²/2 gz Q- W 0 i o..

17 Örnek 1.3 Akım geçerken, çubuk sıcaklığının zamanla değişimini veren bir ifade türetiniz.

18

19 Örnek 1.4 Buzun tamamen erimesi için gereken süreyi veren bir ifade türetiniz.

20 Bir ortamın yüzeyinde enerjinin korunumu için enerji dengesi

21 Örnek 1.5 Tuğla duvarın iç yüzey sıcaklığı nedir?

22 Isı geçiş problemlerinin çözümlenmesi Bilinen İstenen Şekil Kabuller Özellikler Çözümleme Yorum

23 Örnek 1.6

24