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 1 1-2 Isıl İletkenlik 5 1-3 Taşınım İle Isı Transferi 10 1-4 Işınımla Isı Transferi 12 1-5 Boyutlar ve Birimler 13 1-6 Özet 19 Değerlendirme Soruları 20 Çalışılmış Örneklerin Listesi 21 Problemler 21 Kaynaklar 25 BÖLÜM 2 Sürekli Rejimde İletim Bir Boyutlu 27 2-1 Giriş 27 2-2 Düzlem Duvar 27 2-3 Yalıtım ve R Değerleri 28 2-4 Radyal Sistemler 29 2-5 Toplam Isı Transfer Katsayısı 33 2-6 Kritik Yalıtım Kalınlığı 39 2-7 Isı Kaynaklı Sistemler 41 2-8 Isı Kaynaklı Silindir 43 2-9 İletim-Taşınım Sistemleri 45 2-10 Kanatçıklar 48 2-11 Isıl Temas Direnci 57 Değerlendirme Soruları 60 Çalışılmış Örneklerin Listesi 60 Problemler 61 Kaynaklar 75 BÖLÜM 3 Sürekli Rejimde İletim Çok Boyutlu 77 3-1 Giriş 77 3-2 İki Boyutlu Isı İletiminin Matematiksel Analizi 77 3-3 Grafiksel Analiz 81 3-4 İletim Şekil Faktörü 83 3-5 Sayısal Analiz Metodu 88 3-6 Direnç Elemanları Cinsinden Sayısal Formülasyon 98 3-7 Gauss-Seidel İterasyonu 99 3-8 Doğruluk Kaygısı 102 3-9 İki-Boyutlu İletim İçin Elektrik Benzeşimi 118 3-10 Özet 119 Değerlendirme Soruları 119 Çalışılmış Örneklerin Listesi 120 Problemler 120 Kaynaklar 136 BÖLÜM 4 Geçici Rejim Isı İletimi 139 4-1 Giriş 139 4-2 Toplam Isı Kapasite Sistemi 141 4-3 Yarı Sonsuz Katı İçerisinde Geçici Rejimde Isı Akışı 143 4-4 Taşınım Sınır Şartları 147 4-5 Çok Boyutlu Sistemler 162 4-6 Geçici Rejimde Sayısal Metod 168 4-7 Isıl Direnç ve Kapasite Formülasyonu 176 4-7 Özet 192 Değerlendirme Soruları 193 Çalışılmış Örneklerin Listesi 193 Problemler 194 Kaynaklar 214 vii
viii İçindekiler BÖLÜM 5 Taşınımın Esasları 215 5-1 Giriş 215 5-2 Viskoz Akış (Sürtünmeli Akış) 215 5-3 Sürtünmesiz Hız 218 5-4 Düz Levha Üzerinde Lamıner Sınır Tabaka 222 5-5 Sınır Tabaka Enerji Denklemi 228 5-6 Isıl Sınır Tabaka 231 5-7 Akışkan Sürtünmesi ve Isı Transferi 241 5-8 Türbülanslı-Sınır-Tabaka Isı Transferi 243 5-9 Türbülanslı Sınır Tabaka Kalınlığı 250 5-10 Laminer Boru Akışında Isı Transferi 253 5-11 Boru İçinde Türbülanslı Akış 257 5-12 Yüksek Hızlı Akışta Isı Transferi 259 5-13 Özet 264 Değerlendirme Soruları 264 Çalışılmış Örneklerin Listesi 266 Problemler 266 Kaynaklar 274 BÖLÜM 6 Zorlanmış Taşınımla Isı Transferi için Ampirik ve Pratik Bağıntılar 277 6-1 Giriş 277 6-2 Boru İçindeki Akış İçin Ampirik Bağıntılar 279 6-3 Silindir ve Küreler Üzerinde Çapraz Akış 293 6-4 Boru Demetleri Üzerinde Çapraz Akış 303 6-5 Sıvı Metallerde Isı Transferi 308 6-6 Özet 311 Değerlendirme Soruları 313 Çalışılmış Örneklerin Listesi 314 Problemler 314 Kaynaklar 324 BÖLÜM 7 Doğal Taşınım Sistemleri 327 7-1 Giriş 327 7-2 Düşey Bir Levha Üzerinde Doğal Taşınım 327 7-3 Doğal Taşınım İçin Ampirik Bağıntılar 332 7-4 Düşey Düzlem ve Silindirlerden Doğal Taşınım 334 7-5 Yatay Silindirlerden Doğal Taşınım 340 7-6 Yatay Levhalardan Doğal Taşınım 342 7-7 Eğimli Yüzeylerden Doğal Taşınım 344 7-8 Newton Tipi Olmayan Akışkanlar 345 7-9 Hava İçin Basitleştirilmiş Eşitlikler 345 7-10 Kürelerden Doğal Taşınım 346 7-11 Kapalı Hacimlerde Doğal Taşınım 347 7-12 Doğal ve Zorlanmış Taşınımın Birlikte Olması Hali 358 7-13 Özet 362 7-14 Tüm Taşınım Problemleri İçin Özet Yöntem 362 Değerlendirme Soruları 363 Çalışılmış Örneklerin Listesi 365 Problemler 365 Kaynaklar 375 BÖLÜM 8 Işınım ile Isı Transferi 379. 8-1 Giriş 379 8-2 Işınımın Fiziksel Mekanizması 379 8-3 Işınımın Özellikleri 381 8-4 Işınım Şekil Faktörü 388 8-5 Şekil Faktörleri Arasındaki İlişkiler 398 8-6 Siyah Olmayan Cisimler Arasındaki Isı Transferi 404 8-7 Sonsuz Paralel Yüzeyler 411 8-8 Işınım Kalkanları 416 8-9 Gaz Işınımı 420 8-10 Yutan ve İleten Ortamlar İçin Işınım Ağı 421 8-11 Yansıtıcı Yüzeylerle Işınım Değişimi 426 8-12 İletimle, Yansımayla ve Yutma Ortamları ile Işınım Değişimi 430 8-13 Sayısal Çözümlemeler İçin Formülasyon 437 8-14 Güneş Işınımı 451 8-15 Ortamların Işınım Özellikleri 456 8-16 Sıcaklık Ölçümlerinde Işınımın Etkisi 459 8-17 Işınım Isı Transfer Katsayısı 460 8-18 Özet 461 Değerlendirme Soruları 462 Çalışılmış Örneklerin Listesi 462 Problemler 463 Kaynaklar 485
İçindekiler ix BÖLÜM 9 Yoğuşma ve Kaynama Isı Transferi 487 9-1 Giriş 487 9-2 Yoğuşma Isı Transfer Olayı 487 9-3 Yoğuşma Sayısı 492 9-4 Yatay Borular İçinde Film Yoğuşması 493 9-5 Kaynama Isı Transferi 496 9-6 Su ile Kaynama Isı Transferi için Basitleştirilmiş Bağıntılar 507 9-7 Isı Borusu 509 9-8 Özet ve Tasarım Bilgisi 511 Değerlendirme Soruları 512 Çalışılmış Örneklerin Listesi 513 Problemler 513 Kaynaklar 517 BÖLÜM 10 Isı Değiştiriciler 521 10-1 Giriş 521 10-2 Toplam Isı Transfer Katsayısı 521 10-3 Kirlilik Faktörü 527 10-4 Isı Değiştirici Tipleri 528 10-5 Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı 531 10-6 Etkinlik NTU Metodu 540 10-7 Kompakt Isı Değiştiriciler 555 10-8 Değişken Özelliklerin Analizi 559 10-9 Isı Değiştirici Tasarım Etkenleri 567 Değerlendirme Soruları 567 Çalışılmış Örneklerin Listesi 568 Problemler 568 Kaynaklar 584 BÖLÜM 11 Kütle Transferi 587 11-1 Giriş 587 11-2 Fick Difüzyon Kanunu 587 11-3 Gazlarda Difüzyon 589 11-4 Sıvılarda ve Katılarda Difüzyon 593 11-5 Kütle-Transfer Katsayısı 594 11-6 Atmosferdeki Buharlaşma Süreçleri 597 Değerlendirme Soruları 600 Çalışılmış Örneklerin Listesi 601 Problemler 601 Kaynaklar 603 BÖLÜM 12 Özet ve Tasarım Bilgisi 605 12-1 Giriş 605 12-2 İletim Problemleri 606 12-3 Taşınım Isı Transfer Bağıntıları 608 12-4 Işınımla Isı Transferi 623 12-5 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
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
Çalışılmış Örnekler İçin Rehber BÖLÜM 1 Giriş 1 1-1 Bakır Plakadan İletimle Isı Transferi 16 1-2 Taşınım Hesabı 17 1-3 Çoklu Isı Transferi 17 1-4 Isı Kaynağı ve Taşınım 17 1-5 Işınımla Isı Transferi 18 1-6 Işınımla ve Taşınım ile Gerçekleşen Toplam Isı Kaybı 18 BÖLÜM 2 Sürekli Rejimde İletim Bir Boyutlu 27 2-1 Çok Katmanlı İletim 31 2-2 Çok Katmanlı Silindir Sistemi 32 2-3 Kompozit Duvarda Isı Transferi 36 2-4 Ekstra Yalıtımla Soğutma Maliyeti Tasarrufu 38 2-5 Bir Boru İçin Toplam Isı Transfer Katsayısı 39 2-6 Kritik Yalıtım Kalınlığı 40 2-7 Taşınımlı Isı Kaynağı 44 2-8 Isıl İletkenliğin Kanatçık Sıcaklık Profiline Etkisi 53 2-9 Düz Aluminyum Kanatçık 55 2-10 Çevresel Aluminyum Kanatçık 55 2-11 Isı Kaynaklı Çubuk 56 2-12 Isı Transferinde Temas İletkenliğinin Etkisi 60 BÖLÜM 3 Sürekli Rejimde İletim Çok Boyutlu 77 3-1 Gömülü Boru 87 3-2 Kübik Fırın 87 3-3 Gömülü Disk 87 3-4 Gömülü Paralel Diskler 88 3-5 Dokuz-Düğüm Problemi 93 3-6 Gauss-Seidel Hesaplaması 103 3-7 Isı Üretimli Durumda Sayısal Formülasyon 104 3-8 Isı Üretimli Problemin Üniform Olmayan Elemanlarla Çözümü 106 3-9 Üniform Olmayan Ağ Elemanlarıyla Kompozit Malzeme Analizi 108 3-10 Işınım Sınır Şartı 111 3-11 Değişken Boyutlu Ağ Kullanımı 113 3-12 Üç-Boyutlu Sayısal Formülasyon 115 BÖLÜM 4 Geçici Rejim Isı İletimi 139 4-1 Hava İçinde Soğuyan Çelik Top 143 4-2 Yüzey Koşullarında Ani Değişiklik Olan Yarı- Sonsuz Katı 146 4-3 Yarı-Sonsuz Katı Yüzeyinde Atımlı Enerji 146 4-4 Yarı Sonsuz Katıdan Isı Atılması 147 4-5 Yarı-Sonsuz Kalın Levhanın Aniden Taşınıma Maruz Bırakılması 159 4-6 Ani Taşınıma Maruz Bırakılmış Alüminyum Levha 160 4-7 Ani Taşınıma Maruz Bırakılmış Uzun Silindir 161 4-8 Ani Taşınıma Maruz Bırakılmış Yarı-Sonsuz Silindir 165 4-9 Ani Taşınıma Maruz Bırakılmış Sonlu Uzunluktaki Silindir 166 4-10 Sonlu Uzunluktaki Silindirden Isı Kaybı 167 4-11 Çubuğun Ani Soğutulması 178 4-12 Kapalı Formülasyon 179 4-13 Seramiğin Soğutulması 181 4-14 Çubuğun Soğutulması, Homojen Olmayan h 182 4-15 Işınımla Isıtma ve Soğutma 186 4-16 Geçici Rejimde İletim, Isı Üretimli 188 4-17 Değişken İletkenlik Durumunda Sayısal Çözüm 190 xi
xii Çalışılmış Örnekler İçin Rehber BÖLÜM 5 Taşınımın Esasları 215 5-1 Bir Yayıcıda Su Akışı 220 5-2 Havanın İzentropik Genişlemesi 221 5-3 Kütle Akışı ve Sınır Tabaka Kalınlığı 227 5-4 Tamamı Isıtılan İzotermal Düz Levha 237 5-5 Sabit Isı Akılı Düz Levha 238 5-6 Isıtılmamış Başlangıç Uzunluğu Olan Levha 239 5-7 Isıtılmış Düz Levhada Yağ Akışı 240 5-8 Düz Levhada Sürüklenme Kuvveti 242 5-9 İzotermal Düz Levhadan Türbülanslı Isı Transferi 249 5-10 Türbülanslı-Sınır-Tabaka Kalınlığı 251 5-11 Düz Plakada Yüksek Hızda Isı Transferi 261 BÖLÜM 6 Zorlanmış Taşınımla Isı Transferi için Ampirik ve Pratik Bağıntılar 277 6-1 Bir Boruda Türbülanslı Isı Transferi 287 6-2 Boru İçindeki Laminer Akışta Suyun Isıtılması 288 6-3 Boru İçinde Laminer Akışta, Sabit Isı Akısı Şartları için Havanın Isıtılması 289 6-4 Yüzeyi Sabit Sıcaklıkta Tutulan Boru İçindeki Havanın Isıtılması 290 6-5 Pürüzlü Bir Boruda Isı Transferi 291 6-6 Kısa Bir Boruda Türbülanslı Isı Transferi 292 6-7 Homojen Sıcaklıklı Silindirler Etrafında Çapraz Hava Akışı 300 6-8 Elektriksel Olarak Isıtılan Bir Telden Isı Transferi 301 6-9 Küreden Isı Transferi 302 6-10 Düz Sıralı Bir Boru Demetinde Havanın Isıtılması 306 6-11 Alternatif Bir Hesaplama Yöntemi 308 6-12 Bir Boru İçinde Sıvı Bizmutun Isıtılması 311 BÖLÜM 7 Doğal Taşınım Sistemleri 327 7-1 Düşey Levhadan Sabit Isı Akısı 338 7-2 Sabit Sıcaklıktaki Düşey Levhadan Isı Transferi 339 7-3 Su İçerisindeki Yatay Borudan Isı Transferi 340 7-4 Hava İçerisindeki İnce Telden Isı Transferi 341 7-5 Hava İçerisinde Isıtılmış Yatay Boru 341 7-6 Hava İçerisinde Küpün Soğuması 343 7-7 Basitleştirilmiş Bağıntılarla Hesaplama 346 7-8 Düşey Hava Aralığından Isı Transferi 351 7-9 Yatay Hava Aralığından Isı Transferi 352 7-10 Su Tabakasından Isı Transferi 353 7-11 Hava Aralığındaki Taşınımın Azaltılması 353 7-12 Havası Boşaltılmış Hacimde Isı Transferi 357 7-13 Havayla Doğal ve Zorlanmış Taşınımın Birlikte Olması Hali 360 BÖLÜM 8 Işınım ile Isı Transferi 379 8-1 Cam Plakadaki İletme ve Yutma 388 8-2 Siyah Yüzeyler Arasındaki Isı Transferi 397 8-3 Açık Uçlu Silindirler İçin Şekil Faktörünün Hesaplanması 401 8-4 Kesik Koni İçin Şekil Faktörü Hesaplanması 402 8-5 Silindirik Bir Yansıtıcı İçin Şekil Faktörü Hesaplaması 403 8-6 Bir Oda İçerisinde Bulunan Sıcak Plakalar 408 8-7 Işınım Dengesinde Yüzey 410 8-8 Büyük Odada Açık Yarımküre 413 8-9 Kanatçıklı Yüzeyler İçin Efektif Yayıcılık 415 8-10 Paralel Plaka Kalkan ile Isı Transferinin Azaltılması 418 8-11 Geniş Odadaki Açık Silindirik Kalkan, 418 8-12 Paralel Plakalar Arasındaki Gaz Işınımı 425 8-13 Şeffaf Kapaklı Kovuk 434 8-14 Fırın Açıklığı İçin İletim ve Yansıtma Sistemi 435 8-15 Kapalı Ortam İçin Sayısal Çözüm 441 8-16 Paralel Plakalar İçin Sayısal Çözüm 441 8-17 Değişken Giden Işınımlı Bir Delikten Işınım 443
Çalışılmış Örnekler İçin Rehber xiii 8-18 Sabit Isı Akılı Isıtıcı ve Çevreleyen Kalkanlar 446 8-19 Taşınım ve İletimin Birlikte Olduğu (Doğrusal Olmayan) Sistemler İçin Sayısal Çözüm, 449 8-20 Güneş-Çevre Denge Sıcaklıkları 453 8-21 Taşınım Etkisinin Olduğu Durumda Güneş Denge Sıcaklıkları 454 8-22 Düzlemsel Güneş Kolektörü 455 8-23 Işınımdan Kaynaklanan Sıcaklık Ölçme Hatası 460 BÖLÜM 9 Yoğuşma ve Kaynama Isı Transferi 487 9-1 Düşey Plaka Üzerinde Yoğuşma 494 9-2 Boru Demeti Üzerinde Yoğuşma 495 9-3 Pirinç Plaka Üzerinde Kaynama 503 9-4 Akış Kaynaması 508 9-5 Bir Kapta Suyun Kaynaması 508 9-6 Isı Akısı Karşılaştırmaları 511 BÖLÜM 10 Isı Değiştiriciler 521 10-1 Havadaki Boru İçin Toplam Isı Transfer Katsayısı 523 10-2 Buhara Maruz Boru İçin Toplam Isı Transfer Katsayısı 525 10-3 Kirlilik Faktörünün Etkisi 527 10-4 Bilinen Sıcaklıklardan Isı Değiştirici Boyutlarının Hesaplanması 536 10-5 Gövde Borulu Isı Değiştirici 537 10-6 Gövde Borulu Isı Değiştirici Tasarımı 537 10-7 Bir Akışkanın Karıştığı Çapraz-Akışlı Değiştirici 539 10-8 Örnek 10-7 deki Değiştirici İçin Tasarım Dışı Debilerin Etkisi 539 10-9 -NTU Metodu Kullanarak Tasarım Dışı Hesaplama 547 10-10 Örnek 10-4 teki Değiştiricinin Tasarım Dışı Hesaplaması 547 10-11 Her İki Akışkanında Karışmadığı Çapraz Akışlı Değiştirici 548 10-12 Tek veya İkili Değiştirici Seçeneklerinin Karşılaştırılması 550 10-13 Hava Isıtıcı olarak Gövde Borulu Değiştirici 552 10-14 Amonyak Yoğuşturucusu 553 10-15 Enerji Tasarruf Cihazı Olarak Çapraz Akışlı Değiştirici 553 10-16 Kompakt Değiştiricide Isı Transfer Katsayısı 558 10-17 Isıl Enerji Depolama Sisteminin Geçiş Tepkisi 560 10-18 Bir Silindirik Kanal Isıtıcısının Değişken- Özellikler Analizi 563 10-19 Buhar Yoğuşturucusunun Performansı 565 BÖLÜM 11 Kütle Transferi 587 11-1 CO 2 İçin Difüzyon Katsayısı 589 11-2 Boru içindeki Suyun Difüzyonu 593 11-3 Yaş Termometre Sıcaklığı 596 11-4 Hava Akımının Bağıl Nemi 597 11-5 u Buharlaşma Hızı 599 BÖLÜM 12 Özet ve Tasarım Bilgisi 605 12-1 Alüminyum Küpün Soğutulması 628 12-2 Kanatçıklı bir Bloğun Soğuması 630 12-3 İdeal Gazlarla Taşınımda Özeliklerin Belirlenmesi için Sıcaklık 632 12-4 Yalıtımlı Bir Pencerenin Tasarım Analizi 634 12-5 Çift Borulu Isı Değiştirici 635 12-6 Çöl İkliminde Soğutucu Depo 638 12-7 Sıcak Odada Soğuk Hava Akımı 639 12-8 Vakumlu Yalıtım Tasarımı 640 12-9 Radyant Isıtıcı 642 12-10 Radyant Isıtıcı İçin Soğutucu 644 12-11 Radyant Elektrik Sobası, Kaynayan Su İçin 644 EK C Heisler Diyagramları İçin Analitik Bağıntılar 673 C-1 Küçük Silindirin Soğutulması 676
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