ISI TRANSFER MEKANİZMALARI

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ISI TRANSFER MEKANİZMALARI"

Yağmur Akdarı
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ISI TRANSFER MEKANİZMALARI ISI; sıcaklık farkından dolayı sistemden diğerine transfer olan bir enerji türüdür. Termodinamik bir sistemin hal değiştirirken geçen ısı transfer miktarıyla ilgilenir. Isı transferi bilimi ise bu enerjinin ısı transfer hızıyla ilgilenir. Isı transferi her zaman yüksek sıcaklıktaki ortamdan düşük sıcaklıktakine doğrudur. Isı üç yolla aktarılabilir : İletim (kondüksiyon), Taşınım (konveksiyon),ışınım (radyasyon)

Isı transferi bilimi ise bu enerjinin ısı transfer hızıyla ilgilenir.

2 İLETİM İletim dediğimizde molekül ve atomların hareketliliği akla gelmelidir.( dönme ve titreşim) Yüksek enerjili parçacıkların daha düşük enerjili parçacıklarla etkileşerek ısıyı iletmesidir. Gazlar ve sıvılarda iletim moleküllerin çarpışmaları ve yayılmaları ile Katılarda ise moleküllerin titreşimi ve serbest elektronlarla enerji aktarılır.

3 Bir ortamda ısı iletim hızı ortam boyunca sıcaklık farkına, ortamın geometrisine, kalınlığına ve malzemenin cinsine bağlıdır. Düz bir levhada ısı transfer hızı (ITH), T: Sıcaklık farkıyla doğru A: Isı transferine dik alanla doğru x: kalınlıkla ters orantılıdır.

Düz bir levhada ısı transfer hızı (ITH), T: Sıcaklık farkıyla

4 Fourier ısı iletim kanunu dt/dx : sıcaklık gradyanı k: ısıl iletkenlik Isı azalan sıcaklık yönünde iletilir ve sıcaklık artan x yönünde azaldığından ( ) işareti ısı transferinin pozitif bir nicelik olmasını sağlar

iletilir ve sıcaklık artan x yönünde azaldığından ( )

ISIL İLETKENLİK Isıl iletkenlik: Malzemenin birim zamanda, birim kalınlığından birim alan ve birim sıcaklık farkı başına ısı transfer hızı Materyalin ısıyı iletme kabiliyetinin bir ölçüsüdür.

5 ISIL İLETKENLİK Isıl iletkenlik: Malzemenin birim zamanda, birim kalınlığından birim alan ve birim sıcaklık farkı başına ısı transfer hızı Materyalin ısıyı iletme kabiliyetinin bir ölçüsüdür. Yüksek ısıl iletkenlik değeri maddenin ısıyı iyi letttiğini, düşük değer ise ısıyı az ilettiğni yani izolasyon maddesi olduğunu göserir. Oda sıcaklığında çeşitli malzemelerin ısıl iletkenlikleri Malzeme Elmas 2300 Gümüş 429 Bakır 401 Altın 317 Alüminyum 237 Demir 80.2 Cıva (s) 8.54 Cam 0,78 Tuğla 0,72 Su(s) 0,607 İnsan derisi 0,37 Hava 0,026 k, W/m. o C Katı köpük 0,026

Yüksek ısıl iletkenlik değeri maddenin ısıyı iyi letttiğini, düşük değer ise ısıyı az ilettiğni yani izolasyon maddesi olduğunu göserir.

6 Oda sıcaklığında çeşitli malzemeler in ısıl iletkenlik aralıkları

7 Bir alaşımın ısıl iletkenliği genellikle o alaşımı oluşturan metallerin ikisinden de çok düşüktür. Saf metal veya alaşım Bakır Nikel Konstantan (%55 Cu, %45 Ni) Bakır Alüminyum Ticari bronz (%90 Cu, %10 Al k, W/m. o C 300 K de

Saf metal veya alaşım Bakır Nikel Konstantan (%55 Cu, %45 Ni)

8 Malzemelerin ısıl iletkenliklerinin sıcaklıkla değişimi k, W/m. o C T, K Bakır Alüminyum

9 ISIL YAYINIM c p Spesifik ısı, J/kg C: birim kütle başına ısı kapasitesi ρc p Isı kapasitesi, J/m 3 C: birim hacim başına ısı kapasitesi α Isıl yayınım, m 2 /s: Malzemenin içinde ısının ne hızla yayıldığının göstergesi iletilen ısı α = = Depolanan ısı k ρcp α nın büyük olması k nın ρc p den büyük olduğunu gösterir. O halde ısı ortamda daha çabuk yayılır. α Değeri küçük ise ısının çoğunu malzeme soğurur ve az miktarını iletir. (Örnek 1-6)

iletilen ısı α = = Depolanan ısı k ρcp α nın büyük olması k nın ρc p den büyük olduğunu gösterir.

10 Oda sıcaklığında bazı malzemelerin ısıl yayınım katsayıları Malzeme α : Isıl yayınım, m 2 /s Gümüş 149 X 10-6 Altın 127 X 10-6 Bakır 113 X 10-6 Alüminyum 97,5 X 10-6 Demir 22,8 X 10-6 Cıva(s) 4,7 X 10-6 Mermer 1,2 X 10-6 Buz 1,2 X 10-6 Beton 0,75 X 10-6 Tuğla 0,52 X 10-6 cam 0,34 X 10-6 Cm yünü 0,23 X 10-6 Su (s) 0,14 X 10-6 Sığır eti 0,14 X 10-6 Ağaç (meşe) 0, 13 X 10-6

Cıva(s) 4,7 X 10-6 Mermer 1,2 X 10-6 Buz 1,2 X 10-6 Beton 0,75 X 10-6 Tuğla 0,52 X 10-6 cam

11 Örnek 1-6

13 Taşınım Bir katı yüzey ile ona bitişik hareket halindeki sıvı veya gaz arasında enerji aktarımıdır. İletim ve akışkan hareketi birlikte vardır. Enerji hem moleküllerin rastgele hareketi hem de yığın akış hareketiyle olur. Akışkan yüzeyin üzerinden fan, pompa veya rüzgar vasıtasıyla akmaya zorlanıyorsa zorlanmış taşınım, akışkanın sıcaklık değişiminin ortaya çıkardığı yoğunluk farkından dolayı is doğal taşınım olarak adlandırılır.

Enerji hem moleküllerin rastgele hareketi hem de yığın akış hareketiyle olur.

15 * Q Taşınımın olduğu yüzey alanı = ha ( T T s s ) Newton un soğuma kanunu ısı transfer katsayısı,w/m 2. o C yüzey sıcaklığı Yüzeyden uzakta akışkan sıcaklığı h, akışkanın bir özelliğidir. Yüzey geometrisine, akışkan hareketinin tabiatına, akışkanın özellikleri ve akışkanın yığın hızına bağlıdır.

o C yüzey sıcaklığı Yüzeyden uzakta akışkan sıcaklığı h, akışkanın bir

16 Örnek 1-8 şekildeki elektrik telinin Boyu: 2 m Çapı:0,3 cm ise Ve şekilde verilenlere göre Telin dış yüzeyi ile odadaki hava arasındaki h=? (ışınım ihmal edilirse)

18 Işınım Atom ve moleküllerin elektronik düzenlerindeki değişmeler sonucunda elektromanyetik dalgalar şeklinde yayılan ısı transfer şeklidir. İletim ve taşınımdan farklı olarak transfer için bir aracı ortam gerektirmez. Sıcaklığı sıfır olmayan her madde termal radyasyonla enerji yayar. Işınım hacimsel bir olaydır. Bütün katılar, sıvılar ve gazlar, ışınımı değişen seviyelerde yayar, soğurur,veya geçirirler.

İletim ve taşınımdan farklı olarak transfer için bir aracı ortam gerektirmez.

19 5,670X10-8 W/m 2 K 4 * Q σa s T s = 4 Stefan-Boltzmann kanunu Q * = εσa T s s 4 Karacisim: maksimum hızla ışınım yayan ideal yüzeye denir. Bütün gerçek yüzeylerden yayılan ışınım aynı sıcaklıktaki karacisimden yayılandan azdır. E : yüzeyin yayıcılığı 0 E 1 arasındadır. E = 1 ise yüzey karacisme o kadar yakındır. Bir yüzeyin diğer bir özelliğide gelen ışınım enerjisini α soğurma oranıdır. O da 0 ile 1 arasında değişir.

Bütün gerçek yüzeylerden yayılan ışınım aynı sıcaklıktaki karacisimden yayılandan azdır.

20 300 K sıcaklıkta bazı metallerin yayma katsayıları Malzeme Yayıcılık Alüminyum folyo 0,07 Anodize alüminyum 0,082 Parlatılmış bakır 0,03 Parlatılmış altın 0,03 Parlatılmış gümüş 00 0,02 Parlatılmış paslanmaz çelik 0,17 Siyah boya 0,98 Beyaz boya 0,90 Beyaz kağıt 0,92-0,97 Ağaç 0,82-0,92 Toprak 0,93-0,96 Su 0,96 Bitkiler 0,92-0,96

Parlatılmış gümüş 00 0,02 Parlatılmış paslanmaz çelik 0,17 Siyah boya 0,98 Beyaz

21 Bir karacisim üzerine gelen ışınımın tamamını soğurur. Karacisim mükemmel yayıcı olduğu gibi mükemmel soğurucudur. Q soğrulan = αq gelen Soğrulan ışınım hızı yayılan ışınım hızından büyükse yüzey ışınımla enerji kazanır, küçükse kaybeder.

22 * Q ışınım İki yüzey arasında net ışınım transfer hızı = εσa s ( T 4 s T 4 çevre ) Hava gibi bir gazla çevrili yüzeye ışınım ile ısı trransferi yüzeyle gaz arasındadi iletime varsa taşınımaparalel olarak gerçekleşir.bu durumda bu ikisinin etkisini kapsayacak birleşik ısı transfer katsyısı h birleşik tanımlanır. Q toplam =h birleşik A s (T s -T ) Işınım genellikle iletim ve doğal taşınımın yanında önemlidir. Zorlanmış taşınımda ihmal edilebilir.

25 Eş zamanlı ısı transfer mekanizmaları Isı transferi Geçirgen olmayan katılarda iletim, yarı geçirgen katılarda iletim ve ışınım Yığın akışı yoksa iletim ve ışınım Yığın hareketi varsa taşınım ve şınım

Benzer belgeler

Dr. Osman TURAN. Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi ISI TRANSFERİ

Dr. Osman TURAN. Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi ISI TRANSFERİ Dr. Osman TURAN Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi ISI TRANSFERİ Kaynaklar Ders Değerlendirme Ders Planı Giriş: Isı Transferi Isı İletimi Sürekli Isı İletimi Genişletilmiş