Isı Transferi Çalışma Soruları (içten ısı üretimli sistem, kritik yarıçap

Isı Transferi Çalışma Soruları (içten ısı üretimli sistem, kritik yarıçap, zorlamalı konveksiyon)
1. Yarıçapı 91.4 mm olan uzun bir silindirin içerisinde gerçekleşen kimyasal reaksiyonla ısı açığa çıkmaktadır. Isı
üretim hızı sabit ve 46.6 W/m3 olarak verilmiştir. Silindirin dış yüzeyi soğutularak 311 K sıcaklığında sabit
tutulmaktadır. Termal iletkenlik değeri 0.865 W/m/K olduğuna göre kararlı haldeki eksen sıcaklığını hesaplayınız.
(Cevap: 311.112 K)
2. Taze bir gıda ürünü 278 K sıcaklığındaki soğuk depoda depolanmaktadır. Bu gıda ürünü düz bir kap içerisinde
paketlenmiş ve bu ambalajın 278 K sıcaklığındaki depo havasına maruz kalan üst yüzeyi hariç, diğer yüzeyleri izole
edilmiştir (yüzey sıcaklığını 278 K kabul ediniz). Bu ambalaj 152.4 mm kalınlığında ve yalıtılmamış olan yüzeyin
alanı 0.186 m2 olarak verilmiştir. Gıda ürünün yoğunluğu 641 kg/m3, gıdanın solunum ısısı 0.070 kJ/kg/h ve termal
iletkenlik değeri 0.346 W/m/K olarak verilmiştir. Kararlı halde gıda ürünün maksimum sıcaklığını ve gıdanın verdiği
toplam ısıyı hesaplayınız. (Depoda hava akımı olmadığını kabul ediniz.) (Cevap: 278.42 K, 0.353 W/h)
3. 250 A değerindeki bir akım 5.08 mm çapındaki paslanmaz bir çelik telden geçmektedir. Tel 2.44 m uzunluğundadır
ve 0.0843 Ω dirence sahiptir. Telin dış yüzeyi 427.6 K sıcaklığında tutulmaktadır. Termal iletkenlik değeri k=22.5
W/m/k olduğuna göre telin merkezindeki sıcaklığı kararlı hal şartlarına göre hesaplayınız. (C: 435.25 K)
4. Dış çapı 30 mm ve dış yüzeyindeki sıcaklığı 400 K olan metal bir buhar borusu k=0.08 W/m/K olan bir izolasyon
malzemesiyle 20 mm kalınlığında izole edilmiştir. Ortam havasının sıcaklığı 300 K ve havanın konvektif ısı iletim
katsayısı h=30 W/m2/K olarak verilmiştir.
a. Kritik yarıçapı ve her 1 m uzunluk için izole edilmemiş borudan gerçekleşen ısı kaybını hesaplayınız. (C: 2.667 mm,
282.7 W)
b. İzole edilmiş borudan yüzey sıcaklığının sabit kaldığını varsayarak kaybedilen ısıyı hesaplayınız. (C: 54.4 W)
5. İç çapı 38.1 mm olan uzun bir borudan ortalama 449.9 K sıcaklığındaki hava 6.71 m/s hız ve 138 kPa basınçla
akmaktadır. Borunun iç yüzey sıcaklığı, boru dışındaki yoğunlaşmakta olan buhar ile 477.6 K sıcaklığında sabit
tutulmaktadır. Bu uzun boru için ısı transfer katsayısını ve ısı transfer akısını hesaplayınız. (C: h=39.27 W/m2/K,
1089.4 W/m2)
6. Bir sıvı gıda yatay konumdaki borulu bir ısı değiştiriciden ısıtılmak amacıyla 0.5 m/s hızla geçirilmektedir. Borunun
iç duvar sıcaklığı 110°C, iç çapı ise 30 mm’dir. Eğer ürünün başlangıç sıcaklığı 7°C ise, konvektif ısı transfer
katsayısını hesaplayınız. (Ürünün ısıl özellikleri: ısıl iletkenlik k=0.6 W/m°C, ürün viskozitesi µ=500*10 -6 Pa·s,
yoğunluk ρ=1000 kg/m3, 110 °C sıcaklıktaki ürün viskozitesi µ=410*10 -6 Pa·s NPr=10.6 olarak verilmiştir.) (C:
11.64 W/m2K)
7. İç çapı 2 cm, dış çapı 2.5 cm olan 2 m uzunluğundaki düşey bir boru içinden ortalama 65.6°C sıcaklıkta 1.5 m/s
hızla su akmaktadır. Boru dışında ise doyma sıcaklığı 95°C olan buhar yoğunlaşmaktadır. Borunun iç yüzey sıcaklığı
93.3°C olduğuna göre borunun dibinde yoğunlaşan buhar miktarını hesaplayınız. (C: 3841 W/m2K, 21.20 kg/h)
8. Üst kısmı hariç diğer kısımları izole edilmiş olan donmuş bir et parçasını soğutma k için -28.9°C sıcaklıktaki ve 1
atm basınçtaki soğuk hava etin üzerinden 0.61 m/s hızla sürekli olarak sirküle edilmektedir. Etin üst kısmı 254x254
mm ebatlarında ve kare şeklindedir. Etin yüzey sıcaklığının -6.7°C olduğu bilindiğine göre, yüzeye gerçekleşen ısı
transferine dair ısı transfer katsayısını belirleyiniz. Bu soru ile ilgili eşitlik aşağıda verilmiştir. (C: 6.05 W/m2K)
NRe, L < 3x10 5 ve NPr > 0.7 ise
NRe, L > 3x10 5 ve NPr > 0.7 ise
= 0.664 ∗
= 0.0366 ∗
.
/
,
.
,
e
/