Isı Transferi2 Vize Ödevi DR.ÖGR.GÖRV. SEMİR GÖKPINAR Alperen Kariptaş – 161224027 Isı transferi , iki sistem arasında ısının yayılarak değiş tokuş edilmesi ile oluşan fiziksel termal enerjidir. Sıcaklık ve ısı akışı kavramları, ısı transferinin iki temel prensibidir. Mevcut termal enerji miktarı sıcaklık tarafından belirlenir ve ısı akışı termal enerjinin hareketini temsil eder. Mikroskobik boyutta incelendiğinde,moleküllerin kinetik enerjisi direkt olarak termal enerji ile ilişkilidir.sıcaklık yükseldikçe,molerküllerin doğrusal hareketi ve titreşimi ile ortaya çıkan termal çalkalanma artar.Böylelikle daha yüksek kinetik enerjinsin oluştuğu bölgeler,enerjiyi daha düşük kinetik enerjiye sahip noktalara aktarır.Isı transferi,basit bir şekilde 3 e ayrılır.Bunlar; iletim,taşınım,ışınımdır. İletim: İletim yolu ile ısı transferi moleküllerin doğrudan birbiri ile çarpışması sonucu oluşur. Daha yüksek enerjiye sahip bir kinetik enerji alanı, enerjiyi daha düşük bir kinetik enerji alanına transfer eder. Daha yüksek hızdaki parçacıklar, daha düşük hızdaki parçacıklar ile çarpışır. Bunun ile birlikte, düşük hızdaki parçacıkların kinetik enerjisi artar. İletim, en yaygın ısı transferi yöntemidir ve fiziksel temas yolu ile gerçekleşir. Örnek olarak, bir metal eşyayı yanan bir ateşin üzerine yerleştirmek olabilir. TAŞINIM : Hava veya sıvı bir akışkan ısıtıldıktan ve daha sonra ısı kaynağından uzaklaştıktan sonra, bununla birlikte termal enerjide taşınır. Bu ısı transferi çeşidine konveksiyon (taşınım) adı verilir. Sıcak bir yüzey üzerinde bulunan sıvı genişler, daha az yoğunlaşır ve yükselir. Moleküler düzeyde bakıldığında, moleküller termal enerjiye maruz kaldıklarında genişlerler. Sıvı kütlenin sıcaklığı arttıkça, buna doğru orantılı olarak sıvının hacmi de artmaktadır. Akışkan üzerindeki bu etki yer değiştirmeye neden olmaktadır. Ani bir şekilde yükselen sıcak hava, daha yoğun ve soğuk olan havayı bastırır. Bu olayların sonucunda konveksiyon akımların nasıl oluştuğu gözlemlenebilir. IŞINIM: Radyasyon ile ısı transferi, elektromanyetik dalgaların yayınımı ile oluşur. Bu dalgalar, enerjiyi yayıldığı nesneden uzaklara taşırlar. Radyasyon, bir vakum veya herhangi bir şeffaf ortam (katı veya sıvı) yoluyla meydana gelir. Termal radyasyon, madde içerisinde bulunan atom ve moleküllerin yaptığı rastgele hareketlerin doğrudan sonucudur. Yüklü protonların ve elektronların hareketleri, elektromanyetik dalgaların yayılmasına neden olur. Tüm malzemeler sıcaklıklarına göre termal enerji yaymaktadırlar. Malzeme ne kadar sıcaksa, o kadar çok termal enerji yayar. Güneş, güneş sistemi boyunca ısıyı yayan bir ısı radyasyonu örneğidir. Normal oda sıcaklığında, cisimler kızılötesi dalgalar olarak yayılırlar. Cisimlerin sıcaklıkları, yayılan dalga boyunu ve frenkansı üzerinde de bir etkiye sahiptir. Sıcaklık arttıkça, yayılan radyasyonun dalga boyları azalmaktadır ve böylelikle daha yüksek frekanslı daha kısa dalga boyları yayılır. Isı taşınımı ve türleri Isı taşınımı giriş bölümünde bahsedildiği üzere üzere, ısının hareket eden akışkan parçacıkları yardımıyla geçişidir. Genel olarak doğal ve zorlanmış taşınım olmak üzere iki tip ısı taşınımından bahsedilir. Zorlanmış taşınım: akışkanın hareketi dış bir etkene bağlıdır. Doğal taşınım: Hareket sıcak ve soğuk parçacıkların yoğunluk farkından kaynaklanır. Doğal taşınımda, akışkan içindeki sıcaklık farkları arttıkça, zorlanmış taşınımda ise, akımın hızı azaldıkça transfer edilen ısı miktarı artar. Ancak bu sınıflandırma daha çok tek fazlı akış olayları için geçerlidir. Isı taşınımının bir diğer türü ise faz değişimi ile ısı transferi olup, bu tip ısı taşınımı kaynama ve yoğuşma ile ısı taşınımı olmak üzere iki alt sınıfta incelenebilmektedir. Faz değişimi ile ısı transferi çok karmaşık fiziksel mekanizmalar içerdiğinden, genellikle lisansüstü eğitimde detaylı olarak incelenmesi daha uygundur. Ancak lisans düzeyinde, ısı değiştirgeçleri uygulamalarında bazen kaynama ya da yoğuşma taşınım katsayısının bilinmesi gereklidir. Kaynama ile ısı transferi içeren sistemlere örnek olarak bir soğutma/klima sisteminin evaporatörü, yoğuşma ile ısı transferine örnek olarak ta yine aynı sistemin kondenseri gösterilebilir. Laminar akış: akış yapısı, akış tabakalarının hareketi ile tanımlanır. Komşu tabakalar birbirlerine karışmaz ve tek bir çizgi halinde hareket ederler. Laminar akışta ısı, akışa dik doğrultuda sadece iletimle geçer. Türbülanslı akış: akış yapısı rastgele üç boyutta hareket eden partiküllerle tanımlanır. Hız dalgalanmaları nedeniyle tabakalar arası akışkan transferi söz konusudur.ısı, türbülanslı akışta her doğrultuda gerçekleşen titreşimlerle ısı taşınır. Bu nedenle, türbülanslı akışta ısı geçişi, laminer akışa göre çok daha büyük değerler alır. Akış laminar ya da türbülanslı olabilir. Akış karakteri Reynold Sayısı (Re) ile belirlenir. Reynolds : = Örneğin; a) Dairesel boru içi akışta Re = ≤ 2300 ⇒ ρVD/ μ ise Akış laminar aksi tadirde türbülanslı. b) Düz yüzeyli levha üzeri akışta, akışın karakterini belirleyen Re; Re = ∞ ≤ 5.10−5 ⇒ ρU x / μ ise Akış laminar.aksi tadirde türbülanslı olur.
