Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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