Sürekli Rejimde İletim Çok Boyutlu 77. Giriş 1. Sürekli Rejimde İletim Bir Boyutlu 27. Geçici Rejim Isı İletimi 139

Transkript

1 İçindekiler BÖLÜM 1 Giriş 1 Çalışılmış Örnekler İçin Rehber xi Ön Söz xv Türkçe Baskı Ön Sözü Yazar Hakkında xxi Sembol Listesi xxiii xix 1-1 İletimle Isı Transferi Isıl İletkenlik Taşınım İle Isı Transferi Işınımla Isı Transferi Boyutlar ve Birimler Özet 19 Değerlendirme Soruları 20 Çalışılmış Örneklerin Listesi 21 Problemler 21 Kaynaklar 25 BÖLÜM 2 Sürekli Rejimde İletim Bir Boyutlu Giriş Düzlem Duvar Yalıtım ve R Değerleri Radyal Sistemler Toplam Isı Transfer Katsayısı Kritik Yalıtım Kalınlığı Isı Kaynaklı Sistemler Isı Kaynaklı Silindir İletim-Taşınım Sistemleri Kanatçıklar Isıl Temas Direnci 57 Değerlendirme Soruları 60 Çalışılmış Örneklerin Listesi 60 Problemler 61 Kaynaklar 75 BÖLÜM 3 Sürekli Rejimde İletim Çok Boyutlu Giriş İki Boyutlu Isı İletiminin Matematiksel Analizi Grafiksel Analiz İletim Şekil Faktörü Sayısal Analiz Metodu Direnç Elemanları Cinsinden Sayısal Formülasyon Gauss-Seidel İterasyonu Doğruluk Kaygısı İki-Boyutlu İletim İçin Elektrik Benzeşimi Özet 119 Değerlendirme Soruları 119 Çalışılmış Örneklerin Listesi 120 Problemler 120 Kaynaklar 136 BÖLÜM 4 Geçici Rejim Isı İletimi Giriş Toplam Isı Kapasite Sistemi Yarı Sonsuz Katı İçerisinde Geçici Rejimde Isı Akışı Taşınım Sınır Şartları Çok Boyutlu Sistemler Geçici Rejimde Sayısal Metod Isıl Direnç ve Kapasite Formülasyonu Özet 192 Değerlendirme Soruları 193 Çalışılmış Örneklerin Listesi 193 Problemler 194 Kaynaklar 214 vii

2 viii İçindekiler BÖLÜM 5 Taşınımın Esasları Giriş Viskoz Akış (Sürtünmeli Akış) Sürtünmesiz Hız Düz Levha Üzerinde Lamıner Sınır Tabaka Sınır Tabaka Enerji Denklemi Isıl Sınır Tabaka Akışkan Sürtünmesi ve Isı Transferi Türbülanslı-Sınır-Tabaka Isı Transferi Türbülanslı Sınır Tabaka Kalınlığı Laminer Boru Akışında Isı Transferi Boru İçinde Türbülanslı Akış Yüksek Hızlı Akışta Isı Transferi Özet 264 Değerlendirme Soruları 264 Çalışılmış Örneklerin Listesi 266 Problemler 266 Kaynaklar 274 BÖLÜM 6 Zorlanmış Taşınımla Isı Transferi için Ampirik ve Pratik Bağıntılar Giriş Boru İçindeki Akış İçin Ampirik Bağıntılar Silindir ve Küreler Üzerinde Çapraz Akış Boru Demetleri Üzerinde Çapraz Akış Sıvı Metallerde Isı Transferi Özet 311 Değerlendirme Soruları 313 Çalışılmış Örneklerin Listesi 314 Problemler 314 Kaynaklar 324 BÖLÜM 7 Doğal Taşınım Sistemleri Giriş Düşey Bir Levha Üzerinde Doğal Taşınım Doğal Taşınım İçin Ampirik Bağıntılar Düşey Düzlem ve Silindirlerden Doğal Taşınım Yatay Silindirlerden Doğal Taşınım Yatay Levhalardan Doğal Taşınım Eğimli Yüzeylerden Doğal Taşınım Newton Tipi Olmayan Akışkanlar Hava İçin Basitleştirilmiş Eşitlikler Kürelerden Doğal Taşınım Kapalı Hacimlerde Doğal Taşınım Doğal ve Zorlanmış Taşınımın Birlikte Olması Hali Özet Tüm Taşınım Problemleri İçin Özet Yöntem 362 Değerlendirme Soruları 363 Çalışılmış Örneklerin Listesi 365 Problemler 365 Kaynaklar 375 BÖLÜM 8 Işınım ile Isı Transferi Giriş Işınımın Fiziksel Mekanizması Işınımın Özellikleri Işınım Şekil Faktörü Şekil Faktörleri Arasındaki İlişkiler Siyah Olmayan Cisimler Arasındaki Isı Transferi Sonsuz Paralel Yüzeyler Işınım Kalkanları Gaz Işınımı Yutan ve İleten Ortamlar İçin Işınım Ağı Yansıtıcı Yüzeylerle Işınım Değişimi İletimle, Yansımayla ve Yutma Ortamları ile Işınım Değişimi Sayısal Çözümlemeler İçin Formülasyon Güneş Işınımı Ortamların Işınım Özellikleri Sıcaklık Ölçümlerinde Işınımın Etkisi Işınım Isı Transfer Katsayısı Özet 461 Değerlendirme Soruları 462 Çalışılmış Örneklerin Listesi 462 Problemler 463 Kaynaklar 485

3 İçindekiler ix BÖLÜM 9 Yoğuşma ve Kaynama Isı Transferi Giriş Yoğuşma Isı Transfer Olayı Yoğuşma Sayısı Yatay Borular İçinde Film Yoğuşması Kaynama Isı Transferi Su ile Kaynama Isı Transferi için Basitleştirilmiş Bağıntılar Isı Borusu Özet ve Tasarım Bilgisi 511 Değerlendirme Soruları 512 Çalışılmış Örneklerin Listesi 513 Problemler 513 Kaynaklar 517 BÖLÜM 10 Isı Değiştiriciler Giriş Toplam Isı Transfer Katsayısı Kirlilik Faktörü Isı Değiştirici Tipleri Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı Etkinlik NTU Metodu Kompakt Isı Değiştiriciler Değişken Özelliklerin Analizi Isı Değiştirici Tasarım Etkenleri 567 Değerlendirme Soruları 567 Çalışılmış Örneklerin Listesi 568 Problemler 568 Kaynaklar 584 BÖLÜM 11 Kütle Transferi Giriş Fick Difüzyon Kanunu Gazlarda Difüzyon Sıvılarda ve Katılarda Difüzyon Kütle-Transfer Katsayısı Atmosferdeki Buharlaşma Süreçleri 597 Değerlendirme Soruları 600 Çalışılmış Örneklerin Listesi 601 Problemler 601 Kaynaklar 603 BÖLÜM 12 Özet ve Tasarım Bilgisi Giriş İletim Problemleri Taşınım Isı Transfer Bağıntıları Işınımla Isı Transferi Isı Değiştiricileri 628 Çalışılmış Örneklerin Listesi 645 Problemler 645 EK A Tablolar 649 Ek A-1 Hata Fonksiyonu 649 Ek A-2 Metaller İçin Özelik Değerleri 650 Ek A-3 Metal Olmayan Maddelerin Özelikleri 653 Ek A-4 Doymuş Sıvıların Özelikleri 656 Ek A-5 Atmosfer Basıncında Havanın Özelikleri 658 Ek A-6 Atmosfer Basıncında Gazların Özelikleri 659 Ek A-7 Düşük Ergime Noktasına Sahip Bazı Metallerin Fiziksel Özelikleri 661 Ek A-8 Gaz ve Buharların 25 C ve 1 atm deki Hava İçerisinde Yayılma Katsayıları 661 Ek A-9 Suyun özelikleri 662 Ek A-10 Çeşitli Yüzeylerin Normal Toplam Yayıcılıkları 663 Ek A-11 Çelik Boru Boyutları 665 Ek A-12 Dönüştürme Faktörleri 666 EK B Laminer Sınır Tabaka Denklemlerinin Kesin Çözümleri 667 EK C Heisler Diyagramları İçin Analitik Bağıntılar 673

4 x İçindekiler EK D Isı Transferi Problemlerinin Çözümünde Microsoft Excel in Kullanımı 679 D-1 Giriş 679 D-2 Sürekli Rejimde Isı Transferi Problemlerinin Çözümü İçin Excel Şablonu 679 D-3 Üniform Olmayan Ağ ve/veya Üniform Olmayan Özelikler İçin Denklemlerin Çözümü 683 D-4 Isı Kaynakları ve Işınım Sınır Şartları 683 D-5 Geçici Rejimde Isı Transferi İçin Excel Prosedürü 684 D-6 Toplam Kütlenin Taşınım ve Işınımla Isıtılması Durumu İçin Formülasyon 697 Çalışılmış Örneklerin Listesi 712 Kaynaklar 712 Dizin 713

5 Çalışılmış Örnekler İçin Rehber BÖLÜM 1 Giriş Bakır Plakadan İletimle Isı Transferi Taşınım Hesabı Çoklu Isı Transferi Isı Kaynağı ve Taşınım Işınımla Isı Transferi Işınımla ve Taşınım ile Gerçekleşen Toplam Isı Kaybı 18 BÖLÜM 2 Sürekli Rejimde İletim Bir Boyutlu Çok Katmanlı İletim Çok Katmanlı Silindir Sistemi Kompozit Duvarda Isı Transferi Ekstra Yalıtımla Soğutma Maliyeti Tasarrufu Bir Boru İçin Toplam Isı Transfer Katsayısı Kritik Yalıtım Kalınlığı Taşınımlı Isı Kaynağı Isıl İletkenliğin Kanatçık Sıcaklık Profiline Etkisi Düz Aluminyum Kanatçık Çevresel Aluminyum Kanatçık Isı Kaynaklı Çubuk Isı Transferinde Temas İletkenliğinin Etkisi 60 BÖLÜM 3 Sürekli Rejimde İletim Çok Boyutlu Gömülü Boru Kübik Fırın Gömülü Disk Gömülü Paralel Diskler Dokuz-Düğüm Problemi Gauss-Seidel Hesaplaması Isı Üretimli Durumda Sayısal Formülasyon Isı Üretimli Problemin Üniform Olmayan Elemanlarla Çözümü Üniform Olmayan Ağ Elemanlarıyla Kompozit Malzeme Analizi Işınım Sınır Şartı Değişken Boyutlu Ağ Kullanımı Üç-Boyutlu Sayısal Formülasyon 115 BÖLÜM 4 Geçici Rejim Isı İletimi Hava İçinde Soğuyan Çelik Top Yüzey Koşullarında Ani Değişiklik Olan Yarı- Sonsuz Katı Yarı-Sonsuz Katı Yüzeyinde Atımlı Enerji Yarı Sonsuz Katıdan Isı Atılması Yarı-Sonsuz Kalın Levhanın Aniden Taşınıma Maruz Bırakılması Ani Taşınıma Maruz Bırakılmış Alüminyum Levha Ani Taşınıma Maruz Bırakılmış Uzun Silindir Ani Taşınıma Maruz Bırakılmış Yarı-Sonsuz Silindir Ani Taşınıma Maruz Bırakılmış Sonlu Uzunluktaki Silindir Sonlu Uzunluktaki Silindirden Isı Kaybı Çubuğun Ani Soğutulması Kapalı Formülasyon Seramiğin Soğutulması Çubuğun Soğutulması, Homojen Olmayan h Işınımla Isıtma ve Soğutma Geçici Rejimde İletim, Isı Üretimli Değişken İletkenlik Durumunda Sayısal Çözüm 190 xi

6 xii Çalışılmış Örnekler İçin Rehber BÖLÜM 5 Taşınımın Esasları Bir Yayıcıda Su Akışı Havanın İzentropik Genişlemesi Kütle Akışı ve Sınır Tabaka Kalınlığı Tamamı Isıtılan İzotermal Düz Levha Sabit Isı Akılı Düz Levha Isıtılmamış Başlangıç Uzunluğu Olan Levha Isıtılmış Düz Levhada Yağ Akışı Düz Levhada Sürüklenme Kuvveti İzotermal Düz Levhadan Türbülanslı Isı Transferi Türbülanslı-Sınır-Tabaka Kalınlığı Düz Plakada Yüksek Hızda Isı Transferi 261 BÖLÜM 6 Zorlanmış Taşınımla Isı Transferi için Ampirik ve Pratik Bağıntılar Bir Boruda Türbülanslı Isı Transferi Boru İçindeki Laminer Akışta Suyun Isıtılması Boru İçinde Laminer Akışta, Sabit Isı Akısı Şartları için Havanın Isıtılması Yüzeyi Sabit Sıcaklıkta Tutulan Boru İçindeki Havanın Isıtılması Pürüzlü Bir Boruda Isı Transferi Kısa Bir Boruda Türbülanslı Isı Transferi Homojen Sıcaklıklı Silindirler Etrafında Çapraz Hava Akışı Elektriksel Olarak Isıtılan Bir Telden Isı Transferi Küreden Isı Transferi Düz Sıralı Bir Boru Demetinde Havanın Isıtılması Alternatif Bir Hesaplama Yöntemi Bir Boru İçinde Sıvı Bizmutun Isıtılması 311 BÖLÜM 7 Doğal Taşınım Sistemleri Düşey Levhadan Sabit Isı Akısı Sabit Sıcaklıktaki Düşey Levhadan Isı Transferi Su İçerisindeki Yatay Borudan Isı Transferi Hava İçerisindeki İnce Telden Isı Transferi Hava İçerisinde Isıtılmış Yatay Boru Hava İçerisinde Küpün Soğuması Basitleştirilmiş Bağıntılarla Hesaplama Düşey Hava Aralığından Isı Transferi Yatay Hava Aralığından Isı Transferi Su Tabakasından Isı Transferi Hava Aralığındaki Taşınımın Azaltılması Havası Boşaltılmış Hacimde Isı Transferi Havayla Doğal ve Zorlanmış Taşınımın Birlikte Olması Hali 360 BÖLÜM 8 Işınım ile Isı Transferi Cam Plakadaki İletme ve Yutma Siyah Yüzeyler Arasındaki Isı Transferi Açık Uçlu Silindirler İçin Şekil Faktörünün Hesaplanması Kesik Koni İçin Şekil Faktörü Hesaplanması Silindirik Bir Yansıtıcı İçin Şekil Faktörü Hesaplaması Bir Oda İçerisinde Bulunan Sıcak Plakalar Işınım Dengesinde Yüzey Büyük Odada Açık Yarımküre Kanatçıklı Yüzeyler İçin Efektif Yayıcılık Paralel Plaka Kalkan ile Isı Transferinin Azaltılması Geniş Odadaki Açık Silindirik Kalkan, Paralel Plakalar Arasındaki Gaz Işınımı Şeffaf Kapaklı Kovuk Fırın Açıklığı İçin İletim ve Yansıtma Sistemi Kapalı Ortam İçin Sayısal Çözüm Paralel Plakalar İçin Sayısal Çözüm Değişken Giden Işınımlı Bir Delikten Işınım 443

7 Çalışılmış Örnekler İçin Rehber xiii 8-18 Sabit Isı Akılı Isıtıcı ve Çevreleyen Kalkanlar Taşınım ve İletimin Birlikte Olduğu (Doğrusal Olmayan) Sistemler İçin Sayısal Çözüm, Güneş-Çevre Denge Sıcaklıkları Taşınım Etkisinin Olduğu Durumda Güneş Denge Sıcaklıkları Düzlemsel Güneş Kolektörü Işınımdan Kaynaklanan Sıcaklık Ölçme Hatası 460 BÖLÜM 9 Yoğuşma ve Kaynama Isı Transferi Düşey Plaka Üzerinde Yoğuşma Boru Demeti Üzerinde Yoğuşma Pirinç Plaka Üzerinde Kaynama Akış Kaynaması Bir Kapta Suyun Kaynaması Isı Akısı Karşılaştırmaları 511 BÖLÜM 10 Isı Değiştiriciler Havadaki Boru İçin Toplam Isı Transfer Katsayısı Buhara Maruz Boru İçin Toplam Isı Transfer Katsayısı Kirlilik Faktörünün Etkisi Bilinen Sıcaklıklardan Isı Değiştirici Boyutlarının Hesaplanması Gövde Borulu Isı Değiştirici Gövde Borulu Isı Değiştirici Tasarımı Bir Akışkanın Karıştığı Çapraz-Akışlı Değiştirici Örnek 10-7 deki Değiştirici İçin Tasarım Dışı Debilerin Etkisi NTU Metodu Kullanarak Tasarım Dışı Hesaplama Örnek 10-4 teki Değiştiricinin Tasarım Dışı Hesaplaması Her İki Akışkanında Karışmadığı Çapraz Akışlı Değiştirici Tek veya İkili Değiştirici Seçeneklerinin Karşılaştırılması Hava Isıtıcı olarak Gövde Borulu Değiştirici Amonyak Yoğuşturucusu Enerji Tasarruf Cihazı Olarak Çapraz Akışlı Değiştirici Kompakt Değiştiricide Isı Transfer Katsayısı Isıl Enerji Depolama Sisteminin Geçiş Tepkisi Bir Silindirik Kanal Isıtıcısının Değişken- Özellikler Analizi Buhar Yoğuşturucusunun Performansı 565 BÖLÜM 11 Kütle Transferi CO 2 İçin Difüzyon Katsayısı Boru içindeki Suyun Difüzyonu Yaş Termometre Sıcaklığı Hava Akımının Bağıl Nemi u Buharlaşma Hızı 599 BÖLÜM 12 Özet ve Tasarım Bilgisi Alüminyum Küpün Soğutulması Kanatçıklı bir Bloğun Soğuması İdeal Gazlarla Taşınımda Özeliklerin Belirlenmesi için Sıcaklık Yalıtımlı Bir Pencerenin Tasarım Analizi Çift Borulu Isı Değiştirici Çöl İkliminde Soğutucu Depo Sıcak Odada Soğuk Hava Akımı Vakumlu Yalıtım Tasarımı Radyant Isıtıcı Radyant Isıtıcı İçin Soğutucu Radyant Elektrik Sobası, Kaynayan Su İçin 644 EK C Heisler Diyagramları İçin Analitik Bağıntılar 673 C-1 Küçük Silindirin Soğutulması 676

8 xiv Çalışılmış Örnekler İçin Rehber EK D Isı Transferi Problemlerinin Çözümünde Microsoft Excel in Kullanımı 679 D-1 İki-Boyutlu Levhada Sıcaklık Dağılımı 686 D-2 İki-Boyutlu Düz Kanatçıkta Sıcaklık Dağılımının Excel Çözümü ve Gösterilimi 688 D-3 Örnek 3-5 in Işınımlı ve Işınımsız Sınır Şartı Altında Excel Çözümü 689 D-4 Sınırında Isı Kaynağı Bulunan Taşınımlı Levha 693 D-5 Örnek 3-5 in Sürekli Rejime GiderkenGeçici Rejim Analizi 694 D-6 Kanatçıklı Alüminyum Katının Soğuması 699 D-7 Bir Kapalı Hacimde ElektronikKutunun Geçici Rejimde Isınması 702 D-8 Simetrik Formülasyonlar 704 D-9 Kompozit Malzemeli Katı 707