Isı Transferi Çalışma Soruları (doğal konveksiyon) 1. Termofan

Isı Transferi Çalışma Soruları (doğal konveksiyon)
1. Termofan adındaki çift katlı pencere, arasında durgun hava bulunan iki tane cam katmanından
oluşmaktadır. Cam katmanların her birinin kalınlığı ve hava bulunan ortamın genişliği 6,35 mm’dir.
Camın termal ısı iletkenlik katsayısı 0,869W/mK, tüm sistemin sıcaklık farkı 27.8 K, camların arasındaki
havanın ortalama sıcaklığı 10°C ve camın boyutları ise 0,914x1,83 m olarak verilmiştir. Pencerenin her
iki tarafındaki konvektif ısı iletim katsayısı 11,35 W/m2K olduğuna göre genel ısı iletim katsayısını ve
toplam ısı kaybını hesaplayınız.
Cevap: q=106,7 W, U= 2,29 W/m2K
2. Sıcak su taşıyan yatay bir tüpün dış yüzey sıcaklığı 355,4 K ve dış çapı 25,4 mm dir. Tüp 294,3 K
sıcaklıktaki havaya maruz bırakılmıştır. 1 m tüpten doğal konveksiyonla kaybedilen ısıyı hesaplayınız.
3. 102 mm çapındaki (D) bir portakalın yüzey sıcaklığı 21.1°C’dir. bu portakal 4.4°C sıcaklığındaki, içinde
hava akımı olmayan bir buzdolabına konulmuştur. Portakaldan doğal konveksiyon ile gerçekleşen ısı
kaybını hesaplayınız. (Not: yaklaşık bir hesaplama yapabilmek amacıyla, portakalı dikey düzlem gibi
düşününüz ve portakalın yarıçap uzunluğunu dikey düzlemin yüksekliği olarak alınız. (r=L)) (C: 3.181 W)
4. 8 mm çaplı yatay sıcak su borusunun, uzunluğu 6 m olan kısmı 20°C sıcaklıktaki geniş bir odadan
geçmektedir. Eğer borunun dış yüzey sıcaklığı 70°C ise doğal doğal konveksiyonla borudan gerçekleşen
ısı kayıp hızını bulunuz.
Cevap: 442 W
5. Bir fırına yerleştirilen 25 cm çaplı 12 cm derinliğinde bir tavada su kaynatılmaktadır. Çevre havası ve
çevre yüzeyler 25°C sıcaklıktadır. Bütün tavanın 98°C ortalama sıcaklıkta olduğunu kabul ederek
tavanın silindirik yan yüzeyinden (a) çevreye doğal taşınım ile ısı kaybını bulunuz.
Cevap: 46.2
6. Yatay konumdaki ve kapalı durumda olan, 0.8 x 1 m ebatlarındaki iki metal plaka arasında 15 mm
mesafe vardır. Alt plaka 400°C, üst plaka ise 120°C sıcaklıktadır. Bu iki plaka arasında 1 atm basınçta
hava bulunduğuna göre, plakalar arasındaki ısı transfer hızını hesaplayınız.
Soruların çözümünde genel olarak kullanacağınız bilgiler:
Doğal konveksiyon soruları için genel eşitlik aşağıda verilmiştir.
𝑁𝑁𝑢 =
ℎ∗𝐿
𝑘
𝐿3 𝜌2 ∗𝑔∗𝛽∗𝛥𝑇
𝜇2
= 𝛼(
∗
𝑐𝑝 ∗𝜇 𝑚
𝑘
)
= 𝛼(𝑁𝐺𝑟 ∗ 𝑁𝑃𝑟 )𝑚
𝑄 = ℎ ∗ 𝐴 ∗ (𝑇𝑤 − 𝑇𝑏 )
Bu eşitlikteki α ve m katsayılarını soruda verilen sisteme uygun olarak ve NGr*NPr çarpımının
büyüklüğüne göre doğal konveksiyon ile ilgili olarak verilen tablodan belirlemeniz gerekmektedir. Diğer
katsayılar veya veriler, verilmemesi durumunda verilen ısı transfer ortamına (akışkana) uygun olarak
(hava ise hava ile ilgili, su ise su ile ilgili tablodan) ısı transfer tablolarından belirlenecektir. Tablolardaki
verileri seçerken film (ortalama) sıcaklığındaki (𝑇𝑓 =
𝑇𝑤 +𝑇𝑏
) verilerini
2
kullanmanız gerekmektedir.