taşınımla ısı aktarımı deneyi

KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I
TAŞINIMLA ISI AKTARIMI
DENEYİ
Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü
1
KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I
1. Amaç
Doğal ve zorlanmış taşınımla ısı aktarımının temel ilkelerinin deney
düzeneği üzerinde uygulanması.
Öğrenme çıktıları
a. Isı aktarım mekanizmalarını bilir,
b. Doğal ve zorlanmış taşınım farkını bilir,
c. Farklı akışkan akış hızının ve yüzey geometrilerinin taşınımla ısı
aktarımına etkilerini bilir,
d. Bir deney sistemini emniyetli bir şekilde kullanır,
e. Deneysel verileri amaç doğrultusunda analiz eder ve yorumlar,
f. Deneysel sonuçları bir rapor halinde sunar.
2. Genel Bilgiler
İki ortam arasında sıcaklık farkı olması, bu iki ortam arasında ısı
aktarımının gerçekleşmesine neden olur. Isı aktarımı üç farklı yolla
gerçekleşir: İletim, taşınım ve ışınım. Katı ile
akışkan arasında
oluşacak ısı aktarımı taşınım ile gerçekleşmektedir. Taşınım ile ısı
aktarımı akışkanın hareketine bağlı olarak doğal ve zorlanmış taşınım
olarak ikiye ayrılır. Doğal taşınımda, herhangi bir akışkan hareketi,
yüzme kuvveti etkisi, yani sıcak sıvının yükselmesi ve soğutucu sıvının
düşmesi gibi doğal araçlardan kaynaklanır. Zorlanmış taşınımda ise,
akışkan dışarıdan bir fan, kompresör, pompa, v.b. ile bir yüzeyin
üzerinden veya tüpün içine akmaya zorlanır.
Taşınımla ısı aktarımı Newton’un Soğuma Kanunu ile ifade edilir.
Q = h A (Ty - T∞)
Bu denklemde;
Q
: Taşınımla aktarılan ısı miktarı (W)
h
: Isı aktarım katsayısı (W/m2°C)
A
: Isının aktarıldığı alan (m2)
Ty
: Yüzey sıcaklığı (°C)
T∞
: Akışkan sıcaklığı (°C)’ dir.
Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü
2
KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I
3. Deney Sistemi
Deney düzeneği Şekil 1 de görülen kısımlardan oluşmaktadır.
Şekil 1. Deney Düzeneği
Doğal ve zorlanmış taşınım deney düzeneği, dikdörtgen kesitli dikey bir
kanal, güç kontrol ünitesi, kanal içerisine yerleştirilmiş bir fan, kanal
içerisine yerleştirilebilen farklı tipteki yüzeyler, sıcaklık sensörleri ve
hızölçerden oluşmaktadır.
Kontrol ünitesi sayesinde hedef yüzeylere verilen ısıl güç
ayarlanabilmektedir. Aynı şekilde fan tamamen kapatılabilmekte veya
değişik devirlerde dönüşü sağlanarak kanal içerisinde değişik hız
değerleri elde edilebilmektedir. Böylece kanal içerisine değişik
geometrilere sahip yüzeyler monte edilebilmekte, bu yüzeylere verilecek
ısıl güç ile kanal havasından daha yüksek bir sıcaklığa ulaşmaları
sağlanabilmektedir. Bu sıcaklık farkı yüzey ile hava arasında taşınımla
ısı aktarımına sebebiyet vermektedir.
Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü
3
KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I
4. Deneysel Çalışma
4.1. Düzlem Plaka Şeklindeki Isıtıcı İle Taşınım
4.1.1. Deneyin Yapılışı
1. Düzlem plaka seklindeki ısıtıcı kanala yerleştirilir.
2. İstenilen miktarda ısıl güç kontrol ünitesi üzerinden ayarlanır.
3. Sistemin sürekli rejime oturması beklenir.
4. Plaka yüzey sıcaklığı ölçülür.
5. Kanal içerisindeki hava sıcaklığı ölçülür.
6. Fan kanal içerisinde 1 m/s ve 2 m/s hava hızları elde edilecek
şekilde çalıştırılarak, yukarıdaki işlemler tekrarlanır.
Tablo 1. Deney 1 için ölçülecek ve hesaplanacak değerler
Hava
Hızı
V
(m/s)
Yüzey
Sıcaklığı
Ty(°C)
Ortam
Sıcaklığı
T∞(°C)
Sıcaklık
Farkı
TyT∞(°C)
Isıtıcı
Gücü
(W)
Isıtıcı
Yüzey
Alanı
(m2)
Isı
Aktarım
Katsayısı
(W/m2°C)
Doğal
Taşınım
Zorlanmış
Taşınım
4.1.2.Hesaplamalar
• Doğal taşınım halinde ısı aktarım katsayısı bulunacak,
• Zorlanmış taşınım halinde (1 m/s ve 2 m/s) ısı aktarım
katsayıları tespit edilecek,
• Hıza karşı ısı aktarım katsayısının değişim grafiği çizilecek,
• Sonuçlar yorumlanacak.
4.2. Kanatlı Isıtıcı İle Taşınım
4.2.1.Deneyin Yapılışı
Kanatlı ısıtıcı kanal içerisine yerleştirilir.
Isıtıcı gücü istenilen değere ayarlanır.
Sistemin sürekli rejim haline ulaşması beklenir.
Kanal içerisindeki hava sıcaklığı kaydedilir.
Sırasıyla kanat dibinden ucuna doğru sıcaklıklar ölçülür.
Yukarıdaki işlemler, fan çalıştırılarak 1.5 m/s, 2 m/s, 2.5 m/s ve 3 m/s
hava hızları için tekrarlanır.
Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü
4
KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I
Tablo 2. Deney 2 için ölçülecek ve hesaplanacak değerler
Hava
Hızı
(m/s)
Ty
(x=0)
T1
(x=7.5
mm)
T2
(x=19.5
mm)
Sıcaklıklar
T3
T4
(x=31.5 (x=43.5
mm)
mm)
T5
(x=55.5
mm)
T6
(x=67.5
mm)
0
1.5
2
2.5
3
Isıl Güç
(W)
Hava
Sıcaklığı
(°C)
4.2.2.Hesaplamalar
• Hıza (V) karşı Sıcaklık farkı (Ty-T∞) değişim grafiği çizilecek,
• Plaka tabanından uzaklığa (x) karşı Yüzey sıcaklığı (T) değişim
grafiği çizilecek,
• Sonuçlar yorumlanacak.
Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü
5