Isı Transferi #04 | Isı İletim Denklemi: Kararlı ve Geçici Rejim, Isı Üretimi, Duvar, Silindir, Küre

Eğitmen: Dr. Süleyman Burak ÇELİK

Geçen derste taşınımı ve ışınımı gördük; böylece Isı Transferi'nin temelleri tamamlandı. Bu dersle Bölüm 2'ye geçiyoruz: bir cismin içinde sıcaklık noktadan noktaya ve zamanla nasıl değişir? Cevabı veren diferansiyel denklem ısı iletim denklemi; onu enerji dengesinden adım adım türetiyoruz. Açılışta 3D animasyonda buzdolabına konan yarım karpuzun kesiti termal kamerayla, hızlandırılmış olarak görünüyor: kabuk birkaç saatte soğuyor, ortası ise saatler sonra bile ılık. Sıcaklık hem konumun hem zamanın fonksiyonu. Her hesap adım adım, hiçbir işlem atlanmadan. Bu derste: - Temel kavramlar: sıcaklık skaler, ısı transferi vektör; kararlı ve geçici rejim (kararlıda da sıcaklık konuma göre değişebilir); bir, iki ve üç boyutlu ısı transferi; koordinat sistemini cismin şekli seçer - Dört örneğin sınıflandırılması: dış duvar, sıcak su borusu, buzdolabındaki karpuz ve çalışan bir işlemci - Isı üretimi: elektrik, kimyasal ya da nükleer enerjinin ısıl enerjiye dönüşmesi. Örnek: 1 kW rezistans teli, çap 2 mm, boy 2 m: hacim yaklaşık 6.283 × 10⁻⁶ m³, birim hacimde ısı üretimi yaklaşık 1.59 × 10⁸ W/m³; yüzeyde ısı akısı yaklaşık 79 600 W/m² - İnce dilimde enerji dengesi: giren − çıkan + üretilen = depolanan. Örnek: tuğla duvarda 1 m², 1 cm'lik dilim; 50 W girer, 42 W çıkar: 8 W depolanır, dilim saatte 1.8 °C ısınır - Düzlem duvar için bir boyutlu ısı iletim denklemi ve ısıl yayınım; üç özel durum (kararlı, ısı üretimi yok, ikisi birden); kararlı ve üretimsiz duvarda sıcaklık doğrusal: 20 °C'den 5 °C'ye, eğim −75 °C/m - Silindir ve küre: ısının geçtiği alan yarıçapla büyür (silindirde iki kat, kürede dört kat örneği); bu yüzden denklemde yarıçap da yer alır - Genel biçim ve bir denklemi okumanın dört sorusu: geçici mi, kaç boyutlu, ısı üretimi var mı, ısıl iletkenlik sabit mi; üç örnek - Üç klasik tuzak: ısı üretimi ile ısı akısını karıştırmak, düzlem duvar denklemini boruya uygulamak, kararlıda sıcaklığı her yerde aynı sanmak Bölümler: 0:00 Geçen ders ve bugün 0:31 Buzdolabındaki karpuz 0:59 Temel kavramlar: kararlı, geçici, boyut 1:37 Dört örneği sınıflandıralım 2:15 Isı üretimi: rezistans teli 3:34 İnce dilimde enerji dengesi 4:50 Düzlem duvar için ısı iletim denklemi 5:57 Silindir ve küre 6:57 Genel biçim ve denklem okuma 7:45 Üç tuzak 8:20 Özet ve sıradaki ders Sıradaki derste sınır ve başlangıç koşullarını işliyoruz: yüzeyde sıcaklık, ısı akısı, yalıtım ve taşınım koşulları. Kaynak kitap: Yunus A. Çengel, Heat Transfer: A Practical Approach, 2. baskı — Bölüm 2-1…2-3 (konu sırası ve problem tipleri). Örnekler özgündür. Makine, Kimya, Enerji, Uçak ve Mekatronik Mühendisliği öğrencileri için Isı Transferi serisinin dördüncü dersi.