(20P) Toplam Daha sonra malzemenin ısıl iletkenliği

ÇANKIRI KARATEKİN ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Kimya Mühendisliği Bölümü
Isı Transferi – A – Ara Sınav – 120 dakika – 30.11.2017
Adı Soyadı:
Numarası:
Puan Tablosu
İmza:
1 (30P)
2 (30P)
3 (20P)
4 (20P)
Toplam
SORU 1 (30 puan) Metindeki boş yerleri kelimeler ile doldurunuz.
[1] Bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını bir derece arttırmak için gerekli olan enerji özgül ısı olarak
tanımlanır.
[2] Birim zamanda transfer edilen ısı miktarına ısı transfer hızı denir.
[3] Isı transfer doğrultusuna dik birim alan başına transfer hızı ısı akısı olarak adlandırılır.
[4] Bir malzemenin birim kalınlığından, birim alan ve birim sıcaklık farkı başına olan ısı transfer hızı o
malzemenin ısıl iletkenliği olarak tanımlanır.
[5] Ts termodinamik sıcaklığına sahip bir yüzeyden yayılabilecek maksimum ışınım hızı Stefan-Boltzmann
kanunu ile ifade edilir.
[6] Bir ortamın ısıl direnci ortamın geometrisine ve ısıl özelliklerine bağlıdır.
SORU 2 (30 puan) Yüksekliği 1.2 m ve genişliği 2 m olan çift camlı pencerenin kalınlığı 3 mm olan camlarının
arasında genişliği 12 mm olan içinde hava bulunan (k=0,026 W/m.K) bir kısım bulunmaktadır. Dış ortamın
sıcaklığı -5 °C iken oda sıcaklığının 24 °C’de tutulduğu bir günde, bu cam penceredeki sürekli ısı transfer
hızını ve tüm yüzey sıcaklıklarını bulunuz. Pencerenin iç ve dış yüzeyindeki taşınım transfer katsayıları h1=10
W/m².K ve h2= 25 W/m².K ve camın iletkenlik katsayısı kcam=0.78 W/m.K olarak verilmektedir.
A  (12
. m)  (2 m)  2.4 m2
R2 
Ro 
Rtotal 
A
Q  35 / 2  17.5 W
A  (0.1 m)(0.1 m)  0.01 m 2
T  82  74  8 C
Daha sonra malzemenin ısıl iletkenliği;

T
QL
(17.5 W)(0.005 m)
Q  kA

 k 

 1.09 W / m.  C
L
AT
( 0.01 m2 )(8 C)
SORU 4 (20 puan) 10 cm çaplı bir küre, 30 dakikada 140 °C’den 90 °C ortalama sıcaklığa soğutulacaktır. Bu
sıcaklık aralığında ortalama özgül kütleyi  = 8950 kg/m³ ve özgül ısıyı cp=0,395 kJ/kg.°C alarak; a) bakır
küreden transfer edilen toplam ısı miktarını, b) küreden ortalama ısı transfer hızını ve c) ortalama ısı akısını
bulun.
Çözüm:
=
6
=
6
)(0,395
Hava
=
(8950
/
/ ³)(0,1
)³ = 4,686
. ° )(90 − 140)° = −92,6
−92,6
=
=
= 51,4
∆
1800
51,4
=
=
= 1636,9
²
. 0,1²
/ ²
Başarılar dilerim
Yrd. Doç. Dr. Muhammed Bora AKIN
Pencere camı içinden geçen sabit ısı transferi oranı
T T
[ 24  (5)]C
Q  1  2 
 114 W
Rtotal
0.2539C/W
L
35 W
= (4,686
 0.2539 C/W
L
Çözüm:
= .
1
1

 0.0417 C/W
h1 A (10 W/m 2 .C)(2.4 m 2 )
L
0.003 m
R3  Rglass  1 
 0.0016 C/W
k1A (0.78 W/m.C)(2.4 m 2 )
L2
0.012 m
Rair 

 0.1923 C/W
k 2 A (0.026 W/m.C)(2.4 m 2 )
1
1
Rconv ,2 

 0.0167 o C/W
h2 A (25 W/m 2 .o C)(2.4 m 2 )
Rconv ,1  2 R1  R2  Rconv,2  0.0417  2(0.0016)  0.1923  0.0167
Ri  Rconv ,1 
R1 
SORU 3 (20 puan) Malzemelerin ısıl iletkenliklerini ölçmenin bir yolu, birbirinin
aynı olan iki dikdörtgen numunenin arasına bir elektrik yaprak ısıtıcı
sıkıştırarak şekildeki gibi dörtkenarından yalıtmaktır. Numunelerin iç ve dış
yüzeylerine yerleştirilen ısıl çiftler sıcaklıkları kaydeder.
Bir deney esnasında kalınlığı 0.5 cm olan 10 cm x 10 cm’lik iki numune
kullanılmıştır. Sürekli işleme erişildiğinde ısıtıcının 35 W elektrik çektiği ve her
bir numunede sıcaklıkların, iç yüzeyde 82 °C’den dış yüzeyde 74 °C’ye
düştüğü gözlenmiştir. Ortalama sıcaklıkta malzemenin ısıl iletkenliğini bulunuz.
T1
Ri
R1
R2
Pencere camının iç yüzey sıcaklığı,
T T
Q  1 1 
 T1  T1  Q Rconv,1  24 o C  (114 W)(0.0417C/W) = 19.2C
R conv,1
R3
Ro
T2