ÇANKIRI KARATEKİN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Kimya Mühendisliği Bölümü

Isı Transferi – Final Sınavı – 90 dakika – 13.01.2017

Adı Soyadı: Numarası: İmza:

Puan Tablosu 1 (40P) 2 (30P) 3 (30P) Toplam

SORU 1 (40 puan) Paralel akışlı, eş eksenli iç içe çift borulu bir ısı değiştiricisi, büyük bir endüstriyel gaz türbininde motor yağının soğutulması için kullanılmaktadır. İçteki boruda (Di=20 mm) akan soğutma suyu 0,2 kg/s debide iken, iki boru arasındaki halkasal bölgede (Do=45 mm) akan yağ ise 0,1 kg/s debisindedir. Yağın ve suyun ısı değiştiricisinde giriş sıcaklıkları, sırasıyla 100 °C ve 30 °C olmaktadır. Yağın çıkış sıcaklığının 60 °C olabilmesi için boru uzunluğu ne kadar olmalıdır? Not: Laminar akış durumu için yandaki tablo kullanılmalıdır.

= ∙ ∙ ∆ → = 0,1 ∙ 2131 ∙ 100 − 60 → = 8524

= ∙ ∙ ∆ → , =∙

+ , → , =8524

0,2 ∙ 4178+ 30 = 40,2 °

∆ = , − , − , − ,

, − ,

, − ,

∆ =100 − 30 − 60 − 40,2

100 − 3060 − 40,2

=70 − 19,8

7019,8

=50,2

ln 3,5353=

50,21,2628

= 39,75°

=4 ∙∙ ∙

=4 ∙ 0,2

∙ 0,025 ∙ 725 ∙ 10= 14050

Türbülanslı akış olduğundan = 0,023 ∙ , ∙ , = 0,023 ∙ 14050 , ∙ 4,85 , = 90

ℎ = ∙ = 90 ∙0,6250,025

= 2250 / ².

=4 ∙

∙ + ∙=

4 ∙ 0,1∙ 0,070 ∙ 3,25 ∙ 10

= 56

Laminar akış olduğundan

Di/Do Nui Nuo 0 - 3,66

0,05 17,46 4,06 0,10 11,56 4,11 0,25 7,37 4,23 0,50 5,74 4,43 1,00 4,86 4,86

Su

Yağ

25 mm 45 mm

Yağ , = 100

, = 60

, = 30 , = 40,2

= 0,56 ç = 5,63 .

ℎ = ∙−

= 5,63 ∙0,1380,020

= 38,8 / ².

=1

1ℎ + 1

ℎ

=1

12250 + 1

38,8

= 38,1 / ².

=∙ ∙ ∙ ∆

=8524

38,1 ∙ ∙ 0,025 ∙ 39,75= 71,7

SORU 2 (30 puan) 320 °C sıcaklıktaki buhar, iç çapı 5 cm, dı çapı 5,5 cm olan paslanmaz bir çelik (k=15 şW/m.K) bir borudan akmaktadır. Boru, kalınlığı 3 cm olan cam yünü yalıtımla (k=0,038 W/m.K) sarılmıştır. Isı,

5 °C’deki ortama doğal taşınım ve ışınım yoluyla kaybolmaktadır; birleşik doğal taşınım ve ışınım ısı transfer katsayısı 22 W/m².K’dir. Boru içindeki ısı transfer katsayısının 80 W/m².K olduğunu kabul ederek boru birim uzunluğu başına buhardan olan ısı kayıp hızını bulunuz. Ayrıca, boru duvarı ve yalıtımdaki sıcaklık düşüşünü bulunuz. Çözüm:

A D L

A D L

i i

o o

( . ( .

( . . ( .

0 05 1 0157

0 055 0 06 1 0 361

m) m) m

m) m) m

2

2

Termal dirençler

C/W 296.31258.0089.300101.008.0

C/W 1258.0)m 361.0(C). W/m22(

11

C/W 089.3)m 1(C) W/m.038.0(2

)75.2/75.5ln(

2

)/ln(

C/W 00101.0)m 1(C) W/m.15(2

)5.2/75.2ln(

2

)/ln(

C/W 08.0)m 157.0(C). W/m80(

11

21

22

2

232

1

121

22

oitotal

ooo

insulation

pipe

iii

RRRRR

AhR

Lk

rrRR

Lk

rrRR

AhR

Isı kaybı

W95.6

C/W 3.296

C)5320(21

totalR

TTQ

Boru ve yalıtım boyunca sıcaklık düşüşü

C295

C0.097

C/W) W)(3.2966.95(

C/W) 1 W)(0.00106.95(

insulationinsulation

pipepipe

RQT

RQT

Ri

T1 R2 Ro

T2 R1

SORU 3 (30 puan) 6 mm çaplı karbon çeliğinden (ρ=7833 kg/m3, k=54 W/m.K, cp=0.465 kJ/kg.ᵒC) yapılmış toplar ilk önce bir fırında 800ᵒC’ye kadar ısıtılmak suretiyle tavlanmakta, daha sonra 35ᵒC’deki ortamda 90ᵒC’ye kadar yavaşça soğumaya bırakılmaktadır. Ortalama ısı transfer katsayısı 60 W/m2.K ise tavlama işlemi ne kadar sürer? Eğer saatte 1500 top tavlanırsa toplardan çevre havasına olan toplam ısı transfer hızını hesaplayınız.

Çözüm:

= =/6

=6

=0,006

6= 0,001

=ℎ

=60 0,001

54

= 0,0011 0,1

Yığık sistem analizi uygulanabilir.

=ℎ

=ℎ

=

60

7833 465 0,001 = 0,01647

−−

=

90 − 35800 − 35

= ,

0,071895 = ,

ln 0,071895 = − 0,01647

= 159,839 1 60

= 2,66

Toplam ısı transferi;

= ∆

= = 6

= 7833

0,0066

= 0,0008859

= 0,0008859 0,465

800 − 90 = 0,2925 ş

1500 top için;

= 15001 ℎ

0,2925 = 494 ℎ

1 ℎ3600

= 0,122

Başarılar dilerim Yrd. Doç. Dr. Muhammed Bora AKIN