ÇAPRAZ AKIŞLI ISI DEĞİŞTİRİCİ

Transkript

1 ÇAPRAZ AKIŞLI ISI DEĞİŞTİRİCİ MAK-LAB DENEY DÜZENEĞİNİN TANITILMASI Düznk sas olarak dikdörtgn ksitli bir kanaldan ibarttir. 1 hp gücündki lktrik motorunun çalıştırdığı bir vantilatör il kanal içind dğişik hızlarda hava akışı sağlanabilmktdir. Vantilatörün çıkışında bulunan bir sürgü il hız ayarlanabilmktdir. Kanal, mm ucundan itibarn ytrli bir uzaklıktan sonra saydam bir malzmdn yapılarak, çapraz akışlı şanjör tipind bir bölg mydana gtirilmiştir. Aşağıdaki şkild bu kısmın akış doğrultusunda ksiti vrilmiştir. Pitot Tüpü Akış Statik Basınç Prizlri Şkild görüldüğü gibi, hava akış doğrultusuna dik yönd v akış ksidinin için istniln miktarda silindirik lman yrlştirilbilmktdir. Bu kısmın önünd v arkasında pitot tüplrinin takılabilmsi için iki dlik daha bulunmaktadır. Silindirik lmanlardan biri bakırdan yapılmış olup sıcaklığı, lmanın için uygun şkild yrlştirilmiş olan trmolman yardımıyla bir potansiyomtr kullanılarak hassas bir şkild ölçülbilmktdir. Bakır lman cihazın üstün mont dilmiş bir lktrikli ısıtıcı il istniln sıcaklığa kadar ısıtılabilmktdir (max C). Hava giriş sıcaklığı civalı trmomtr il ölçülbilmktdir. Burada ayrıca bir trmolman da bulunmaktadır. Trmolman bakır-konstantan çiftidir v C sınırları arasında linr bir karaktr göstrmktdir. 93

2 1 0 C = mv dur. Çalışma ksit alanı ni = 12.5 cm Çalışma ksit alanı boyu = 12.5 cm Kullanılan bakır lmanın v plastik lmanların çapı = 1.25 cm 2. NOTASYON Elmanların çapı... d=1.25 cm Elmanların tkin yüzy alanı... A= m 2 Bakır lmanın kütlsi... m= kg Havanın gaz sabiti... R=287 J/kg K Bakırın özgül ısısı... c=380 J/kg K Atmosfr basıncı... P 0 = N/ m 2 Hava sıcaklığı... T= K Giriştki dinamik basınç... (P d ) g = cmss Çıkıştaki dinamik basınç... (P d ) ç = cmss Statik basınç düşüşü... P s = cmss Giriştki hava hızı... U g = m/s Çıkıştaki hava hızı... U ç = m/s Havanın yoğunluğu... = kg/ m 3 Sabit basınçta havanın özgül ısısı... C p =1005 J/kg K Havanın viskozitsi (40 0 C d)... = m 2 /s Havanın ısıl yayınma katsayısı (40 0 C d)... = m 2 /s Elman sıcaklığı... T = K Soğuma ğrisinin ğimi... n = Havaya iltiln ısı.... Q = W Isı taşınım katsayısı... h = W/m 2 K Zaman... t = s Hava ısı iltim katsayısı... k =0.027 W/mK Rynolds sayısı... R=U.d/ Nusslt sayısı... Nu= h.d/k Prandtl sayısı... Pr= / 94

3 3. DENEYİN TEORİK ESASI Silindirik bakır lmanın sıcaklık gradyanının ihmal dilbilcği, kaybttiği ısının hpsinin havaya gçtiği v içindki trmolmanın fktif yüzy sıcaklığını doğru ölçülbildiği varsayılırsa, ısı transfr katsayısısnın tanımında lmandan havaya gçn ısı miktarı için. Q h A T T (1) yazılabilir. dt zaman aralığında sıcaklıktaki azalma dt is;. Qdt mcdt (2) yazılabilir. (1) v (2) dnklmlrind. Q lrin şitliği yazılırsa dt h A T T m c dt (3) bulunur. Bu bağıntı intgr dilrk; o ln T T T T h A m c t (4) ld dilir. Burada T o bakır lmanın t=0 anındaki sıcaklığıdır. Bu dnklm T T T T ln / nın t y gör grafik olarak çizilmsin imkan vrir v v dolayısıyla o ğim h A n bulunabilir. m c Tg =n ln (...) 95 t

4 Buradan ısı taşınım katsayısı hsaplanır. n ğiminin ortalamasını ya diyagramdan çizrk bulabiliriz vya hsaplamak için aşağıdaki formülü kullanabiliriz. n To T T T t ln / (5) Isıtılmış lmanı soğutan havanın hızını bulmak için dinamik basınçtan yararlanılır. Ytri kadar küçük basınçlarda, hava sıkıştırılamaz kabul dilbilir. Bu durumda havanın U hızı yoğunluğu v P d basıncı arasında U 2 2 P d (6) şitliği gçrlidir. Dinamik basınç, P d cmss cinsindn ölçüldüğündn hsaplamalarda 1 cmss = 98.1 N/ m 2 birim dönüşümü göz önünd bulundurulmalıdır. P 0 basıncı v T sıcaklığındaki hava için; P 0 RT (7) yazılır (R = 287 J/kg K). (6) v (7) dnklmlrindn yararlanarak; boş kanaldaki hız için U b 2 Pd R T P 0 (8) Silindirik lmanlar akış ksitin yrlştirildiğind doğal olarak ksiti küçültrk v hızın artmasına sbp olacaklardır. Hsaplarda bu durum göz önün alınmalıdır. Bütün lmanlar yrlştirildiğind minimum akış alanı mydana glmktdir. Elmnların çapı 1.25 cm, boyu 12.5 cm v bir düşy sırada bş lman olduğundan; fktif ksit alanı, çalışma ksit alanının yarısına şit olacaktır. Bu ndnl; U 2 U b (10) 96

5 alınmalıdır. Şayt bir tk lman ksit alanına yrlştirilirs fktif akış alanı, çalışma alanının 9/10 una şit olacaktır v bu hal için U 10 9 U b (11) yazılmalıdır. (8) dnklmind, P d yrin (P d ) g v (P d ) ç dğrlri konulduğunda, lmanın ön v arkasındaki giriş v çıkış hızları hsaplanır. Taşınımla ısı transfri torisi h ısı taşınım katsayısının ortalama akış hızı U v diğr; d, C p,, k dğişknlrin bağlı olacağını göstrmktdir. Boyut analizi bu bağımsız dğişknlr v h ısı taşınım katsayısından mydana gtiriln boyutsuz gruplar arasındaki bağıntıyı vrmktdir. h d k U d f, (12) Bu boyutsuz gruplar sırasıyla Nusslt, Rynolds v Prandtl sayıları olarak bilinmktdir. Pratikt Prandtl sayısı gazlar için oldukça gniş bir sınır içind sabit alınabildiğindn; Nu sayısı, dolayısıyla ısı transfri, ffktif olarak sadc R sayısının fonksiyonu olmaktadır. 4. Trmolman Torisin Bir Bakış Şkild görüldüğü gibi farklı malzmlrdn yapılmış v iki ucundan birbirin kaynak dilmiş A v B tl çiftini düşünlim. Kaynaklı uçlar sıcaklıkları T v T r olan farklı sıcaklıktaki ortamlarda bulunsunlar. T sıcaklığındaki ortamda bulunan kaynaklı uca ölçü ucu, T r sıcaklığındaki ortamda bulunan kaynaklı uca rfrans ucu dnir. A T TT r B T r Böylc iki ucu farklı sıcaklıklarda tutulan bir trmolman dvrsind bir (mk) mydana gldiği 1821 yılından bri bilinmktdir. Bu lktromotor kuvvt trmolktromotris kuvvt adı vrilmktdir. Bu olay sıcaklık ölçümünd ilk kz 1887 yılında L Chatlir tarafından kullanılmıştır. Daha sonra bu konuda Lord Klvin v Pltin çalışmalar yapmışlardır. 97

6 Trmodinamiğin I. v II. kanunlarından harktl, trmolktrik dvrd ndüklnn grilimin, dvrnin sıcak v soğuk noktaların sıcaklıklarının farkı il orantılı olduğu göstrilbilir. Aslında bu ifad grçkt oldukça farklıdır v ksri mtallr sıcaklıkla kuadratik olarak dğişn bir trmolktrik özlliğ sahiptirlr. Yani =f(t) bağıntısı bilinmlidir. Gnllikl sıcaklığını ölçtüğümüz nokta ölçü altimiz uzak olabilcğindn v trmolman tllri pahalı olduğundan Kompnzasyon tllri adı vriln kablolar yardımıyla lktromotor kuvvti daha uzak yrlr nakltmk mümkündür. Bunun için: 1. Kompnzasyon tllrinin hr ikisid aynı cinstn olmalı 2. kompnzasyon tllrinin, trmolman dvrsin bağlandıkları noktalar da dahil olmak üzr hr tarafındaki sıcaklığın bir birinin aynı olması grklidir. A A T Kompnzasyon Tllri T r B B 5. DENEYDEN İSTENENLER G a) Eşanjörd çşitli akış hızlarında ısı transfr katsayısını hsaplayabilmk için, dğişik vantilatör çıkış ksiti açıklığında T, T, t, P d dğrlrinin ölçülrk T T T T ln / nın t y gör grafiğinin çizilmsi v bu grafiktki ğimin bulunması. o b) Nusslt sayısının Rynolds sayısına gör grafiğinin çizilmsi. c) Çalışma bölgsindki havanın hızı il çubuk dmti boyunca statik basınç düşüşü arasında bağıntı bulmak v basınç katsayısını hsaplayabilmk için çşitli vantilatör açıklıklarında statik basınç düşüşü P s nin R sayısına gör grafiğinin çizilmsi. 98

7 ÇAPRAZ AKIŞLI ISI DEĞİŞTİRİCİ DENEY TUTANAĞI Tarih : İsim : Dinamik basınç P d = mmss Havanın sıcaklığı T = K Baromtr basıncı P 0 = mbar Havanın gaz sabitsi R = 287 J/kg K Havanın boş kanaldaki hızı U b = m/s Havanın çubuklardaki hızı U = m/s Rynolds sayısı (U.d / ) R = T-t ğrisinin ğimi n = 1/s Isı taşınım katsayısı h = W/m 2 K Nusslt sayısı (h.d / k) Nu = Prandtl sayısı ( / ) Pr = Statik basınç düşüşü P s = mmss Vantilatör açıklığı Ölçm çubuğunun yri t T - T T T T o T ln T T o T T s mv K

8 100