Isı Transferi #23 | Boru Demetleri Üzerinde Akış: Sıralı ve Şaşırtmalı Dizilim

Eğitmen: Dr. Süleyman Burak ÇELİK

Önceki derste tek bir silindiri inceledik. Isı değiştiricide ise yüzlerce boru yan yana durur ve hava sıra sıra aralarından geçer. Sınavda soru şöyle gelir: 15 °C hava 4 m/s hızla sekiz sıralı bir boru demetine giriyor, boruların yüzeyi 100 °C; hava kaç dereceye ısınır, kaç kilovat ısı alır, fan ne kadar güç harcar? Bugün bunu adım adım çözüyoruz, sonra şaşırtmalı bir demeti de. Hepsini adım adım, her işlemi tek tek göstererek hesaplıyoruz. Bu derste: - Tek fikir: demette Reynolds sayısı giriş hızıyla değil, borular arasındaki en dar boşluktaki en büyük hızla kurulur. Sıralı dizilimde V_max = S_T/(S_T − D) × V; şaşırtmalıda köşegen boşluk daha darsa V_max = S_T/[2(S_D − D)] × V. Nusselt Zukauskas bağıntısından gelir: Nu = C Re^m Pr^0.36 (Pr/Pr_s)^0.25, özellikler havanın ortalama sıcaklığında; 16'dan az sırada F düzeltmesi uygulanır. - Klasik yanlışlar: Reynolds'a giriş hızını koymak (Re 6600 çıkar, doğrusu 13 195); ısıda sıcaklık farkını yüzey eksi giriş almak (yüzde 37 fazla ısı); az sıralı demette düzeltmeyi unutmak. - Soru 1 (sıralı, tam çözüm): D = 2.5 cm, S_T = S_L = 5 cm, 8 sıra × 10 boru, yüzey 100 °C, hava 15 °C, 4 m/s. V_max = 8 m/s; Re = 13 195; Nu = 95.8, sekiz sıra düzeltmesiyle (F = 0.967) h = 93.1 W/m²K; çıkış sıcaklığı 32.9 °C; logaritmik farkla Q = 44.3 kW; f = 0.20 ile basınç düşümü 61.6 Pa, fan gücü 123 W. Sağlama: ṁ c_p ΔT aynı ısıyı verir. - Soru 2 (şaşırtmalı, tam çözüm): D = 2 cm, S_T = 4 cm, S_L = 3 cm, 20 sıra × 10 boru, yüzey 140 °C, hava 40 °C, 5 m/s. Köşegen adım 3.6 cm, boyuna adımdan (3 cm) büyük olduğundan en dar yer enine boşluk: V_max = 10 m/s; Re = 10 019; Nu = 83.1; h = 119.7 W/m²K; çıkış 88.5 °C; Q ≈ 110 kW. Aynı Reynolds'ta sıralı dizilim Nu = 79.8 verirdi: şaşırtmalı yüzde 4 daha iyi. - Kısa kural: hava demette çok ısınıyorsa sıcaklık farkı yol boyunca küçülür; ısıyı daima logaritmik ortalama sıcaklık farkıyla hesapla. Bölümler: 0:00 Sınav sorusu 0:43 Kaynak kitap: sıralı ve şaşırtmalı dizilim 1:29 Zihinsel model: dar boşlukta hızlanma 2:35 Tuzaklar: giriş hızı, sıcaklık farkı, sıra sayısı 3:05 Soru 1: buharlı ısıtıcıda sıralı demet 3:51 Adım 1: özellikler ve en büyük hız 5:05 Adım 2: Reynolds ve Zukauskas 6:05 Adım 3: sıra düzeltmesi ve h 7:07 Adım 4: çıkış sıcaklığı 8:32 Adım 5: logaritmik fark ve ısı 9:39 Adım 6: basınç düşümü ve fan gücü 10:49 Soru 2: şaşırtmalı demet 11:57 Soru 2: köşegen koşulu ve Reynolds 13:03 Soru 2: şaşırtmalı Zukauskas ile Nusselt 14:22 Soru 2: çıkış sıcaklığı ve ısı 15:47 Sağlama ve en sık hata 16:49 Ne yaptık? Yöntem geri sayımı 17:15 Akılda kalacak kural Gelecek derste: iç akış: boru içinde taşınım, ortalama sıcaklık ve gelişen akış. Kaynak kitap: Y. A. Çengel, Heat Transfer: A Practical Approach, 2. baskı — Bölüm 7 (§7-4) boru demetleri üzerinden akış: sıralı ve şaşırtmalı dizilim, en büyük hız, Zukauskas bağıntıları, sıra sayısı düzeltmesi, logaritmik sıcaklık farkı ve basınç düşümü (konu sırası, problem tipleri ve kavramlar). Örnekler özgündür. Makine mühendisliği öğrencileri için Isı Transferi serisinin yirmi üçüncü dersi.

Bu videoyu izlemek için Premium üyelik gerekir.