Isı Transferi #26 | Doğal Taşınım: Grashof, Rayleigh ve Dış Yüzeylerde Nusselt

Eğitmen: Dr. Süleyman Burak ÇELİK

Önceki derste akışkanı pompayla ittik. Bugün pompa da fan da yok; akışkanı yalnız sıcaklık farkı hareket ettiriyor. Sıcak yüzeyin yanındaki hava ısınır, hafifler ve yükselir: doğal taşınım. Sınavda soru şöyle gelir: duvarda dik duran, 0.5 m yüksekliğinde ve 80 cm genişliğinde bir radyatör paneli 60 °C, oda havası 20 °C; ön yüzü doğal taşınımla kaç vat verir? Hepsini adım adım, her işlemi tek tek göstererek hesaplıyoruz. Bu derste: - Tek fikir: doğal taşınımda Reynolds'un yerini Grashof alır; Rayleigh = Grashof × Prandtl. Özellikler film sıcaklığında okunur, ideal gazda genleşme katsayısı β = 1/T ve T kelvin cinsindendir. Dik levhada Ra yaklaşık 10⁹'da laminerden türbülanslıya geçilir. - Bağıntılar Nu = C·Ra^n biçimindedir: dik levha laminerde 0.59 Ra^(1/4), türbülanslıda 0.1 Ra^(1/3); yatay levha sıcak yüz üstteyse 0.54 Ra^(1/4) ya da 0.15 Ra^(1/3), alttaysa 0.27 Ra^(1/4) (karakteristik uzunluk alan bölü çevre); yatay silindirde Churchill–Chu bağıntısı. - Soru 1 (dik panel, tam çözüm): 0.5 m × 0.8 m, yüzey 60 °C, hava 20 °C. Film 40 °C, β = 1/313 K; Gr = 5.41·10⁸, Ra = 3.925·10⁸ (laminer); Nu = 83.05, h = 4.42 W/m²K; ön yüzden ≈ 71 W. En sık hata β'yı 1/40 almak: Ra 3 milyarı geçer ve rejim de yanlış çıkar. - Soru 2 (yatay buhar borusu, Churchill–Chu): dış çap 8 cm, boy 6 m, yüzey 100 °C, hava 23 °C. Film 61.5 °C; Ra = 2.281·10⁶; Nu = 18.40, h = 6.48 W/m²K; ısı kaybı ≈ 753 W (metre başına ≈ 125 W). En sık hata köşeli parantezin karesini unutmak: Nu 4.29 kalır. - Soru 3 (yatay kare levha, kısa varyant): kenar 40 cm, 60 °C / 20 °C; karakteristik uzunluk alan bölü çevre = 0.1 m, Ra = 3.14·10⁶. Sıcak yüz üstte: Nu = 22.73, h = 6.05, ≈ 39 W; sıcak yüz altta: ≈ 19 W. Alt yüze üst yüzün katsayısını vermek ısıyı iki kat fazla verir. Bölümler: 0:00 Sınav sorusu 0:54 Kaynak kitap: pompa da fan da yok 1:36 Kaldırma kuvveti ve genleşme katsayısı 2:29 Grashof, Rayleigh ve film sıcaklığı 3:21 Dik levha: laminer, türbülanslı, Churchill–Chu 4:18 Yatay levha, yatay silindir ve küre 5:08 Tuzaklar: kelvin ve yanlış yüz 5:32 Soru 1: duvardaki radyatör paneli 6:11 Adım 1: film sıcaklığı ve özellikler 6:59 Adım 2: Grashof ve Rayleigh 8:02 Adım 3: rejim, Nusselt ve katsayı 9:05 Adım 4: ısı, sağlama ve en sık hata 10:09 Soru 2: yatay buhar borusu 11:09 Soru 2: Rayleigh sayısı 12:11 Soru 2: Churchill–Chu parça parça 13:19 Soru 2: katsayı, ısı kaybı ve sağlama 14:32 Soru 3: yatay kare levha 15:20 Soru 3: üst yüz ve alt yüz 16:31 Özet 16:58 Kural ve sonraki ders Gelecek derste: kanatlı yüzeylerde ve kapalı boşluklarda doğal taşınım: çift camlı pencerenin arasındaki hava. Kaynak kitap: Y. A. Çengel, Heat Transfer: A Practical Approach, 2. baskı — Bölüm 9 (§9-1…§9-3) doğal taşınım: kaldırma kuvveti ve hacimsel genleşme katsayısı, Grashof ve Rayleigh sayıları, dik levha, eğik levha, yatay levha, yatay silindir ve küre için Nusselt bağıntıları (konu sırası, problem tipleri ve kavramlar). Örnekler özgündür. Makine mühendisliği öğrencileri için Isı Transferi serisinin yirmi altıncı dersi.

Bu videoyu izlemek için Premium üyelik gerekir.