Isı Transferi #21 | Dış Akış: Düz Levha Üzerinde Taşınım ve OpenFOAM

Eğitmen: Dr. Süleyman Burak ÇELİK

Geçen derste Nusselt sayısını hazır verdik; bugün onu kendimiz buluyoruz. Sınavda soru şöyle gelir: 80 °C'lik bir levhanın üzerinden 20 °C hava 4 m/s hızla esiyor. Akış laminer mi, sınır tabakası ne kalınlıkta, levha ne kadar ısı kaybeder, hava levhayı ne kadar kuvvetle sürükler? Sonra aynı levhayı OpenFOAM ile bilgisayara da çözdürüyoruz. Hepsini adım adım, her işlemi tek tek göstererek hesaplıyoruz. Bu derste: - Tek fikir: sınır tabakası bir yorgan gibidir; ön kenarda ince (h büyük), geride kalın (h küçük). Laminerde yerel Nu = 0.332 Re^0.5 Pr^(1/3), ortalaması iki katı: Nu = 0.664 Re^0.5 Pr^(1/3); sürtünme C_f = 1.328 / Re^0.5; Re 5×10⁵'i geçerse karma formül Nu = (0.037 Re^0.8 − 871) Pr^(1/3). Özellikler film sıcaklığında. - Üç klasik yanlış: levha iki kat uzayınca ısının iki kat olacağını sanmak (laminerde √2 ≈ 1.41 kat); özellikleri havanın sıcaklığında okumak (film sıcaklığında okunur); Reynolds'a bakmadan laminer formülü yazmak. - Soru 1 (sınav tipi, tam çözüm, beş adımlı prosedür): 20 °C hava, 4 m/s, 1.2 m × 0.5 m levha, yüzey 80 °C. Film 50 °C; Re_L = 2.67×10⁵ (tamamı laminer, geçiş 2.25 m'de olurdu); δ = 11.4 mm, δ_t = 12.7 mm; Nu = 307.9, h = 7.02 W/m²K, Q = 252.7 W; C_f = 0.00257, F_D = 13.5 mN. - OpenFOAM adımı: aynı levha OpenFOAM v2606 ile çözüldü (simpleFoam laminer + sıcaklık için ek taşınım denklemi, 34 000 hücre, 415 iterasyon, 35 s). Sonuç: h = 7.06 W/m²K (fark %0.6), Q = 254 W, F_D = 13.9 mN (fark %2.9), δ = 11.05 mm, δ_t = 12.8 mm; yerel katsayı eğrisi kitabınkiyle örtüşüyor. Gerçek sıcaklık alanı Blender'da aynı düzenekte. - Soru 2 (karma akış, tam çözüm): 12 m/s, 2 m levha: Re_L = 1.335×10⁶, geçiş 0.749 m; Nu = 1858, h = 25.4 W/m²K, Q = 1524 W. Rejime bakmadan laminer formül yazılırsa 565 W çıkar (gerçeğin %37'si). Bölümler: 0:00 Sınav sorusu 0:43 Kaynak kitap ve kapsam: dış akış 1:18 Tek fikir 2:33 Üç klasik yanlış 3:07 Soru 1: rüzgârdaki sıcak levha 3:55 Adım 1: film sıcaklığı ve özellikler 4:36 Adım 2: Reynolds ve geçiş noktası 5:31 Adım 3: hız ve ısıl sınır tabakası 6:38 Adım 4: Nusselt'ten ısı kaybı 7:58 Adım 5: sürükleme kuvveti 8:52 OpenFOAM: aynı levhanın vakası 9:35 OpenFOAM sonucu ve elle hesap 10:32 Soru 2: hızlı rüzgâr, uzun levha 10:57 Soru 2: karma akış çözümü 12:24 Ne yaptık? Yöntem geri sayımı 12:50 Akılda kalacak kural Gelecek derste: akışa dik duran silindir ve küre: rüzgârdaki bir boru ne kadar ısı kaybeder? Kaynak kitap: Y. A. Çengel, Heat Transfer: A Practical Approach, 2. baskı — Bölüm 7 (§7-1, 7-2) dış zorlanmış taşınım: sürükleme ve ısı transferi, düz levhada paralel akış (laminer ve karma akış, film sıcaklığı) (konu sırası, problem tipleri ve kavramlar). Örnekler özgündür. Makine mühendisliği öğrencileri için Isı Transferi serisinin yirmi birinci dersi.

Bu videoyu izlemek için Premium üyelik gerekir.