Makine Mühendisliği Bölümü Isı Transferi Ara Sınav Soruları 28.11

Makine Mühendisliği Bölümü Isı Transferi Ara Sınav Soruları
28.11.2011
Notlar ve tablolar kapalıdır. Sorular eşit puanlıdır. Süre 90 dakikadır.
S.1) Bir evin duvarı 3 m yükseklikte, 10 m uzunluğunda 30 cm kalınlığındadır. Duvarın Isı
iletim katsayısı k=10 W/mK dir. Duvarın dış tarafından yayma oranı =0.75 ve çevre sıcaklığı
Tç = –20oC dir. Bir kış gecesinde dış duvar sıcaklığı 0oC ve hava sıcaklığı T∞ = –10oC dir.
Dış duvar için ısı transfer katsayısı h = 8 W/m2▪K dir. Buna göre;
a) a) iç duvarın sıcaklığı (K) nedir.
b) b) İç ortamda ışınımla ısı transferi olmadığı ve ısı transfer katsayısı h = 15 W/m2▪K iken iç
mahal sıcaklığını tespit ediniz.
S.2) 5 cm kalınlığında bir pirinç plakada (k = 111 W/m·K) ̇
oranında ısı
üretilmektedir. Plakanın bir yüzeyi yalıtımlı iken diğer yüzeyinde T∞ = 25 °C sıcaklıktaki
ortama taşınımla ısı geçişi olmaktadır. Yüzey ile ortam arasındaki taşınım katsayısı h = 44
W/m2K olduğuna göre yalıtımlı yüzey sıcaklığı ile taşınımın olduğu yüzey sıcaklıklarını
hesaplayınız.
S.3) Sıvı azot küresel çelik bir tankın (k = 60 W/m·K) içinde
bulunmaktadır. Bu tank 2 cm kalınlığında ve 3 m dış çapında
olup atmosfere açıktır. Açık olmasının nedeni sıvı azotu tankın
içinde -196 °C sabit buharlaşma sıcaklığında tutmaktır. Tanktaki
ısı transferi sonucunda biraz sıvı azot buharlaşmakta ve
buharlaşma ısısı hfg =198 kj/kg dır. Tank 5 cm kalınlığında cam
elyaf (k = 0.035 W/m·K) ile izole edilmiş ve 15 oC sıcaklıkta
bir ortama yerleştirilmiştir. tankın içindeki radyasyon ihmal
edilebilir düzeyde olup içerdeki taşınım katsayısı 25000 W/m2K
dir. Tankın dışından birleştirilmiş taşınım ve ışınım transfer
katsayısı 35 W/m2K dir.
a) a) Bütün dirençleri hesaba katarak buharlaşma oranını
hesaplayınız.
b) b) Kürenin içinde taşınımla ve çelik boyunca meydana gelen
iletimle ısı transfer dirençlerini ihmal ederek buharlaşma
debisini hesaplayınız.
S.4) bir evin çatısı 15 m genişliğinde, 20 m uzunluğunda ve 15
cm kalınlığında beton (k = 2 W/mK) döşemeden oluşmaktadır.
Çatının iç ve dış yüzeylerinden taşınımla olan ısı transfer
katsayısı 5 ve 12 W/m2K dir. Dış hava sıcaklığı 10 °C, gökyüzü
sıcaklığı ise 100 K iken evin iç ortam sıcaklığı 20 °C de sabit
tutulmak istenmektedir. Beton çatının alt ve üst yüzeylerinin
yayma oranı 0.9 dur. Buna göre çatının iç yüzey sıcaklığını
hesaplayınız.
S.5) İç ve dış çapları 90 mm ve 100 mm olan 50 m uzunluğundaki bir buhar borusu iki tabaka
halinde yalıtılmıştır. Birinci tabakanın kalınlığı 25 mm, ısı iletim katsayısı 0,13 W/mK dir.
İkinci tabakanın ise kalınlığı 45 mm, ısı iletim katsayısı 0,06 W/mK dir. Boru iç yüzey
sıcaklığı 600 oC, ikinci yalıtım tabakasının dış yüzey sıcaklığı 35 oC dir. Boru malzemesinin
ısı iletim katsayısı 50 W/mK, çevre sıcaklığı 25 oC olduğuna göre,
a) Borunun ısı kaybını ve iki yalıtım tabakası arasındaki sıcaklığı hesaplayınız.
b) Isı kaybını % 35 azaltmak için ikinci yalıtım tabakası kalınlığı ne olmalıdır.
Başarılar Dileriz….
Çözümler
C.1)
a) Plakadan ısı transferi taşınım ve ışınımla ısı transferinin toplamıdır.
Işınımla ısı transferi,
q rad 
5.670 x10 8 W
W
Q
4
4


  1 Twall

T

0
.
75
273.15 K 4  253.15 K 4  62.08 2
,outer
other surface
2
4
A1
m K
m



 

Taşınımla ısı transferi,
(
)
Toplam ısı trasferi
Diğer taraftan,
b)
Işınım ihmal edilirse,
C.2)
Plaka içinde üretilen ısı sağ yüzeyden taşınımla ortama geçmektedir.
̇
Buradan,
TL = 252,27oC
Yalıtımlı yüzey maksimum sıcaklıktadır. İçinde ısı üretimi olan düzlemsel duvarın maksimum
ve minimum sıcaklık farkı,
̇
Olarak hesaplanır. Denklemin çözümünden
To = 254,5 oC bulunur.
C.3)
a)
b)
C.4)
Çatı iç yüzeyiden taşınılma ve ışınımla, çatı içinde
iletimle ve çatı dışından taşınım ve ışınımla olan ısı
transferi değerleri bulunarak 3 denklemin ortak
çözümünden gerekli değerler bulunur.
İç yüzeyden taşınım ve ışınımla ısı transferi
İç yüzeyden taşınım ve ışınımla ısı transferi
qiç   1 . AT41  Ts41   h1 . A.(T1  Ts1 )
Çatı içinden iletimle ısı transferi
Dış yüzeyden taşınım ve ışınımla ısı transferi
4
  h2 .A.(Ts 2  T2 )
qdıı   2 . ATs42  Tgök
Denklemlerin çözümünden
Q  3.754 x10 4 W
C.5)
Ts ,i  280.40 K  7.25o C
Ts ,o  271.05 K  2.10 o C