ISI TRANSFERİ 2017 YAZ OKULU ÖDEV SORULARI 1. Kalınlığı L

ISI TRANSFERİ 2017 YAZ OKULU ÖDEV SORULARI
1. Kalınlığı L = 0,3 m, ısıl iletkenliği k = 2,5 W/mK ve yüzey alanı 12 m2 olan geniş bir düzlem
duvarı göz önüne alınız. x = 0 ’daki duvarın sol yüzeyinde q= 700 W/m2 ’lik net ısı akışı vardır
ve bu yüzeyde sıcaklık T, = 80°C olarak ölçülmüştür. Duvarda ısıl iletkenliğin sabit olduğunu ve
ısı üretiminin olmadığını kabul ederek, (a) duvarda sürekli tek boyutlu ısı iletimi için
diferansiyel denklemi ve sınır şartlarını ifade ediniz, (b) diferansiyel denklemi çözerek
duvardaki sıcaklık değişimi için bir bağıntı elde ediniz ve (c) x = L 'de duvarın sağ yüzeyindeki
sıcaklığı hesaplayınız.
2. Bir soğutucunun duvarı 1 mm kalınlığında iki metal
(k=15,1W/mK) plaka arasına camyünü (k=0,035 W/mK) yalıtım
sandviç şeklinde imal edilmiştir. Soğutulan alan 3°C ’de
tutulmaktadır ve duvarın iç ve dış yüzeyindeki ortalama ısı
transfer katsayıları sırasıyla 4 W/m 2k ve 9 W/m2K ’dir. Mutfağın
ortalama sıcaklığı 25°C ’dir. Dış yüzeyin sıcaklığı 20 °C 'ye
düştüğü zaman soğutucunun dış yüzeyinde yoğuşma olduğu
gözlenmektedir. Dış yüzeylerdeki yoğuşmayı önlemek için
duvarda kullanıma ihtiyaç duyulan minimum camyünü yalıtım
kalınlığını bulunuz?
3. Aralarındaki havayı tutan, birkaç ince kumaş tabakasından yapılmış -genellikle kayak kıyafeti
olarak bilinen- giysi, hafif, zarif ve çok etkili bir ısı yalıtıcısı
olduğundan soğuk iklimlerde çok kullanılır. Böylesi bir
giysinin kalın, ağır ve modası geçmiş giysilerin yerini alması
şaşırtıcı değildir. Aralarında 1,5 mm hava boşluğu (k=0,026
W/mK) bulunan 1 mm ’lik beş tabakalı sentetik kumaştan
(k=0,13 W/mK) yapılan bir ceketi göz önüne alınız. Ceketin
yüzey sıcaklığını 28°C ve yüzey alanını 1,25 m 2 kabul ederek,
a) dış ortam sıcaklığı 0°C ve dış yüzeydeki ısı transfer
katsayısı 25 W/m2K iken, ceketteki ısı kayıp hızını bulunuz.
b) Eğer ceket 0,5 mm ’lik tek tabaka sentetik kumaştan yapılsaydı cevabınız ne olurdu? c)Eğer
bir şahıs aynı ısıl konforu elde etmek için beş tabakalı kayak ceketi yerine kalın bir yün
(k=0,035 W/mK) palto giyseydi, bu yün kumaşın kalınlığı ne kadar olurdu?
4. Isıl iletkenliği k = 20 W/mK, çapı D=4 mm ve uzunluğu L = 0,9 m olan 2 kW ’lık bir elektrikli
direnç teli su kaynatmakta kullanılmaktadır. Eğer direnç telinin dış yüzey sıcaklığı Ty = 110°C
ise telin merkez sıcaklığını hesaplayınız?
5. Ortalama 200°C sıcaklıktaki kızgın buhar bir çelik boru (,k = 50 W/mK, Dd= 8 cm, Dİ= 6 cm ve
L = 20 m) vasıtasıyla taşınmaktadır. Boru 4 cm kalınlığında alçı sıva (k =0,5 W/mK) tabaka ile
yalıtılmıştır. Yalıtımlı boru, ortalama sıcaklığı 10°C olan bir depoya yatay olarak yerleştirilmiştir.
Buharın ve havanın ısı transfer katsayıları sırasıyla 800 W/m 2K ve 200 W/m2K olduğu tahmin
edilmektedir, (a) kızgın buhardan olan günlük ısı transfer hızını, (b) alçı sıva yalıtımın dış
yüzeyindeki sıcaklığı hesaplayınız.
6. Çapı 2,2 mm ve uzunluğu 10 m olan bir elektrik teli, ısıl iletkenliği k= 0,15 W/mK ve kalınlığı 1
mm olan plastik kaplamayla sıkıca sarılmıştır. Elektriksel ölçümler telden 13 A ’lik bir akımın
1
geçtiğini ve tel boyunca 8 V ’luk gerilim düşüşünü göstermektedir. Eğer yalıtımlı tel h= 24
W/m2K’lik bir ısı transfer katsayısı ile T∞ = 30°C ’deki bir ortama açık ise, sürekli işlemde tel ve
plastik kaplama ara yüzeyindeki sıcaklığı bulunuz. Ayrıca, plastik kaplama kalınlığının iki kata
çıkarılması bu ara yüzey sıcaklığını yükseltir mi yoksa düşürür mü? Bulunuz.
7. 4 mm çaplı ve uzunluğu 10 cm olan alüminyum kanat (k= 237 W/mK) bir yüzeye monte
edilmiştir. Eğer ısı transfer katsayısı 12 W/m 2K ise, yalıtımlı kanat ucu kabulü yerine sonsuz
uzun kanat kabulü kullanıldığı takdirde kanadın ısı transfer hızındaki hata yüzdesini bulunuz.
8. Bir ısıtma sisteminde buhar, duvarları 180°C ’de tutulan 5 cm dış çaplı borulardan akmaktadır.
Borulara 6 cm dış çaplı ve 1 mm sabit kalınlıklı dairesel alüminyum 2024-T6 alaşım kanatlar (k
= 186 W/mK) takılmıştır. Kanatlar arası boşluk 3 mm’dir; dolayısıyla borunun metre uzunluğu
başına 250 kanat bulunmaktadır. Isı, T∞= 25°C ’deki çevre havasına 40 W/m2K ’lik bir ısı
transfer katsayısı ile transfer edilmektedir. Eklenen kanatlardan dolayı birim uzunluk başına
borudan olan ısı transfer artışım bulunuz?
2