Download - DOĞAL VE ZORLANMIŞ KONVEKSİYON

DENEY 5: ISI AKTARIMI - DOĞAL VE ZORLANMIŞ KONVEKSİYON

2

A) HT-330 DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIM EĞİTİM SETİ ŞEMASI

B) MALZEME LİSTESİ

S.NO MALZEMENİN ADI ADEDİ ÖZELLİĞİ

1 Radyal fan 1 Dündar CS-12.2 315 m3/h

2 Sıcaklık hissedici 3 PT100

3 Hava hız dönüştürücü 1 4-20 mA

4 Düz levha ısıtıcı 1 100x105 mm, A=0,0105 m2

5 Çubuklu ısıtıcı 1 8x125 mm x17 adet, A=0,05338 m2, V=0,00105 m3

6 Çoklu levha tipi ısıtıcı 1 100x125 mm x9 adet, 230 W, A=0,028125 m2 V=0,001125 m3

7 Çoklu sıcaklık göstergesi 1 EMKO ESM-3710

8 Sayısal multimetre 1 ENTES EPM-06

9 Hava hız göstergesi 1 EMKO ESM-4400

10 Dimmer 2 Vi-ko

11 Hava kolonu 1 100x135x750 mm, A=0,0135 m2

PT100 sıcaklık hissedici

Hız dönüştürücü

Radyal fan

Isıtıcı

PT100 sıcaklık hissedici

Ana şalter

Acil durdurma butonu

Isı yük kontrolü

Hız göstergesi

Sayısal multimetre

Çoklu sıcaklık anahtarı ve göstergesi

Fan hız kontrolü

3

C) CİHAZIN BÖLÜMLERİ

1. Düz Levha Tipi Isı Değiştirici: Düz levha tipi ısı değiştirici XX W gücünde olup kolon yuvasına arka taraftan takılmalıdır. Ayrıca enerji besleme kablosu cihaz kontrol panosunun arka yüzünde bulunan prize bağlanmalıdır. (Şekil-1)

Şekil-1 Düz levha tipi ısı değiştirici Şekil-2 Çoklu düz levha tipi ısı değiştirici 2. Çoklu Düz Levha Tipi Isı Değiştirici: Çoklu levha tipi ısı değiştirici YY W gücünde olup kolon yuvasına arka taraftan takılmalıdır. Ayrıca enerji besleme kablosu cihaz kontrol panosunun arka yüzünde bulunan prize bağlanmalıdır. (Şekil-2) 3. Çubuklu Tip Isı Değiştirici: Çubuklu tip ısı değiştirici ZZ W gücünde olup kolon yuvasına arka taraftan takılmalıdır. Ayrıca enerji besleme kablosu cihaz kontrol panosunun arka yüzünde bulunan prize bağlanmalıdır. (Şekil-3)

Şekil-2 Çubuklu levha tipi ısı değiştirici

A) DENEY NO: HT-330-01 B) DENEYİN ADI: Farklı tip ısı değiştiricilerde doğal ve zorlanmış taşınımla enerji dengesinin hesaplanması C) DENEYİN AMACI: Farklı tip ısıtıcılarda doğal ve zorlanmış taşınımla oluşan enerji dengesinin deneysel olarak nasıl hesaplandığını kavramak. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR E) DENEYİN YAPILIŞI: 1) Düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasına yerleştirin ve elektrik bağlantı kablosunu yuvasına takın. 2) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı ısı yük kontrolü yardımıyla en yüksek değere ayarlayın. 3) Fan hızını fan hız kontrolü yardımıyla en yüksek hıza ayarlayın. 4) Sistemin kararlı hale gelmesini bekleyin. 5) Sıcaklıklar dengeli hale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 6) Ana şalteri kapatıp düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasından sökün. 7) Daha sonra çoklu levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasına yerleştirip elektrik bağlantı kablosunu yerine takın. 8) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı ısı yük kontrolü yardımıyla en yüksek değere ayarlayın. 9) Fan hızını fan hız kontrolü yardımıyla en yüksek hıza ayarlayın. 10) Sistemin kararlı hale gelmesini bekleyin. 11) Sıcaklıklar dengeli hale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 12) Ana şalteri kapatıp çoklu levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasından sökün. 13) 1-5 basamaklar arasındaki işlemleri çubuklu levha tipi ısıtıcı için gerçekleştirin. 14) Her üç tip ısıtıcı için tablo değerlerini kullanıp, örnekteki bağıntılar yardımıyla ısıl kapasitelerini hesaplayın. E) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, plakalı ısı değiştiricinin ısıl kapasitesi, K ısı geçirgenlik değeri.

Ölçüm sayısı Düz levha Çoklu düz levha Çubuklu levha

Kolon hava giriş sıcaklığı, t1 [0C]

Isıtıcı yüzey sıcaklığı, t2 [0C]

Kolon hava çıkış sıcaklığı, t3 [0C]

Kolon hava hızı, u [m/s]

Isıtıcı akımı (L2) I2 [A]

Isıtıcı voltajı (L2) U2 [Volt]

Fan akımı (L1) I1 [A]

Fan voltajı (L1) U1 [Volt] HESAPLAMALAR:

Havaya aktarılan ısıl güç )( 13 ttCmQ phh [kW]

:hm Hava debisi [kg/s]

v

Au

v

uA

v

Vm h

h

85,00

5

:phC Havanın ısınma ısısı [kJ/kgK] (Ortalama hava sıcaklığı için Tablo EK-1’den alınacaktır)

)( 13 tt Havanın çıkış-giriş sıcaklık farkı [ºC]

:A Kolon kesiti (0.0135 m2)

Elektriksel giriş gücü: 22IUP [W]

:2U Isıtıcı voltajı [Volt]

:2I Isıtıcı akımı [Amper]

Termodinamiğin 1. kanununa göre ısı değişimi iş değişimine eşittir:

WQ

Bu durumda enerji (güç) dengesi için aşağıdaki bağıntı yazılabilir:

0 QQP rad

6

A) DENEY NO: HT-330-02 B) DENEYİN ADI: Farklı tip ısı değiştiricilerde hıza bağlı olarak toplam ısı geçirgenlik katsayılarının değişimi C) DENEYİN AMACI: Farklı tip ısıtıcılarda hıza bağlı olarak ısı transfer katsayısının nasıl değiştiğini hesaplamak. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR E) DENEYİN YAPILIŞI: 1) Düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasına yerleştirin ve elektrik bağlantı kablosunu yuvasına takın. 2) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı ısı yük kontrolü yardımıyla en yüksek değere ayarlayın. 3) Fan hızını fan hız kontrolü yardımıyla 1.5 m/s değerine ayarlayın. 4) Sistemin kararlı hale gelmesini bekleyin. 5) Sıcaklıklar dengeli hale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 6) Fan hızını 2 m/s değerine ayarlayın. 7) Sıcaklıklar dengeli hale gelince aşağıdaki tabloya kaydedin. 8) Hava hızını sırasıyla 3, 4.5 m/s değerlerine ayarlayıp kararlılık sağlandığında ölçüm değerlerini tabloya kaydedin. 9) 1-8 basamaklar arasındaki işlemleri çoklu düz levha ve çubuklu levha tipi ısıtıcılar için gerçekleştirin. 10) Her üç tip ısıtıcı için tablo değerlerini kullanıp, örnekteki bağıntılar yardımıyla ısı transfer katsayılarını hesaplayın. E) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, farklı tip ısı değiştiricinin K ısı geçirgenlik değerleri.


Kolon hava giriş sıcaklığı,t1 [0C]



Kolon hava hızı, u [m/s] 1.5 3.0 4.5 1.5 3.0 4.5 1.5 3.0 4.5




Fan voltajı (L1) U1 [Volt] HESAPLAMALAR:

Havaya aktarılan ısıl güç )( 13 ttCmQ phh [kW] (1)


v

Au

v

uA

v

Vm h

h

85,00



7





Toplam ısı geçişi şu bağıntı ile hesaplanır

lnTAKQ h (2)

:hA Isıtıcı yüzeyi [m2]

ç

g

çg

T

T

TTT

ln

ln

12 ttTg

32 ttTç

(1) ve (2) bağıntıları birleştirilirse toplam ısı geçirgenlik katsayısı:

lnTA

QK

h

[W/m

2K] bulunur.

8

A) DENEY NO: HT-330-03 B) DENEYİN ADI: Çoklu plakalı ısı değiştirici için farklı hızlarda yüzeysel ısı iletkenlik değerinin hesaplanması C) DENEYİN AMACI: Çoklu plakalı ısı değiştirici için farklı hızlarda yüzeysel ısı iletkenlik değerlerinin nasıl hesaplandığını kavramak. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR E) DENEYİN YAPILIŞI: 1) Çoklu düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasına yerleştirin ve elektrik bağlantı kablosunu yuvasına takın. 2) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı devreye almayın. 3) Fan hızını fan hız kontrolü yardımıyla 1.5 m/s değerine ayarlayın. 4) Sistemin kararlı hale gelmesini bekleyin. 5) Sıcaklıklar dengeli hale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 6) Fan hızını 2 m/s değerine ayarlayın. 7) Sıcaklıklar dengeli hale gelince aşağıdaki tabloya kaydedin. 8) Hava hızını sırasıyla 3, 4.4 m/s değerlerine ayarlayıp kararlılık sağlandığında ölçüm değerlerini tabloya kaydedin. 10) Tablo değerlerini kullanıp, örnekteki bağıntılar yardımıyla ısı transfer katsayılarını hesaplayın. E) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, çoklu plakalı ısı değiştiricinin ısıl kapasitesi, K ısı geçirgenlik değeri.


Kolon hava giriş sıcaklığı,t1 [0C]



Kolon hava hızı, u [m/s] 1.5 3.0 4.4 1.5 3.0 4.4 1.5 3.0 4.4




Fan voltajı (L1) U1 [Volt] HESAPLAMALAR: Yüzeysel ısı iletkenlik değeri h katmanlı (laminar) akışlarda doğrudan Nusselt sayısına bağlı olarak hesaplanır. Ancak akış tedirgin (türbülanslı) akış formunda olduğunda Nusselt ve Prandtl sayılarının bir fonksiyonu olarak hesaplanır. Öncelikle akışın hangi formda olduğunu anlamak için Reynolds sayısı (Re) hesaplanmalıdır. Re<2300 olduğunda akış katmanlı (laminar) 2300<Re<4000 arası geçiş bölgesi Re>4000 tedirgin akış

Reynolds sayısı:

P

Au

P

AuDu h

4.3485.0Re 0

9

: Havanın yoğunluğu [kg/m3]

:u Ölçülen hava hızı [m/s]


: Havanın dinamik viskozitesi

:P Kolon çevresi (0,47 m) Nusselt Sayısı Nusselt sayısı yüzeydeki boyutsuz sıcaklık gradyenini gösterir. Aşağıdaki bağıntı ile ifade edilir.

k

hDD Nu

:h Yüzeysel ısı transfer katsayısı [W/m2K]

:hD Dairesel olmayan borulardaki akış probleminde karakteristik uzunluk olarak efektif çap

tanımlanmalıdır. Hidrolik çap değeri:

P

Ac4Dh

olarak tarif edilir. Burada, Ac akış kesit alanı ve P ıslak çevre uzunluğudur. Türbülanslı akış için dairesel kesitli borulara ait bağıntı kullanılabilir. Laminar akışta Nu sayısı sabittir, ancak türbülanslı akışta Reynolds sayısı ve Prandtl sayısının bir fonksiyonu şeklinde ifade edilir.

Bağıntı Koşullar

66.3Nu D

36.4Nu D

n

DD PrRe023.0Nu 5/4

Laminar, sabit q”, Pr>0.6 Laminar, sabit yüzey sıcaklığı, Pr>0.6 Türbülanslı, 0.6<Pr<160, ReD>10000, L/D>10, ısıtma için n=0.4, soğutma için n=0.3

Laminar akış için NuD değerleri tablo halinde verilir.

10

Eşmerkezli borulara ısı transfer uygulamalarında çok rastlanılır. Borunun iç ve dış yüzeylerine ait Nu sayıları tanımlanır. Örnek: u=1.5 m/s için ve t3=27 ºC için:

7.928447.010857.1

0135.05.1177.14.34.3Re

5

xx

xxx

P

uA

bu durumda akış tedirgin akıştır. Nusselt sayısı

4.05/4 PrRe023.0Nu DD =0.023 x 9284.70.8 x 0.7130.4 = 30 bulunur.

Buradan

14.13028125.0

47.002623.030

xx

A

PkNu

D

kNuh

hh

[W/m2K]

11

A) DENEY NO: HT-330-04 B) DENEYİN ADI: Farklı tip ısıtıcıların doğal ve zorlanmış taşınım hallerinde ısıl verimlerinin hesaplanması C) DENEYİN AMACI: Farklı tip ısıtıcılarda doğal ve zorlanmış taşınım halleri için ısıl verimlerin hesaplanması. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR E) DENEYİN YAPILIŞI: 1) Çoklu düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasına yerleştirin ve elektrik bağlantı kablosunu yuvasına takın. 2) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı ısı yük kontrolü yardımıyla en yüksek değere ayarlayın. 3) Fan hızını fan hız kontrolü yardımıyla en yüksek hıza ayarlayın. 4) Sistemin kararlı hale gelmesini bekleyin. 5) Sıcaklıklar dengeli hale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 6) Fanı durdurun. 7) Kararlılık sağlanınca değerleri tabloya kaydedin. E) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, çoklu levha tipi ısı değiştiricilerde doğal ve zorlanmış durumda ısıl verim değerleri.

Ölçüm sayısı Çoklu düz levha

Doğal akış Zorlanmış akış

Kolon hava giriş sıcaklığı, t1 [0C]



Kolon hava hızı, u [m/s]


Isıtıcı voltajı (L2) U2 [Volt] HESAPLAMALAR:

Havaya aktarılan ısıl güç )( 13 ttCmQ phh [kW]


v

Au

v

uA

v

Vm h

h

85,00







12

Zorlanmış akış halinde ısıl verim

fPP

Q

Burada

CosIUPf 11

Doğal akış halinde ısıl verim

P

Q olarak verilir.

13

EK-1 Havanın atmosferik basınçtaki fiziksel özellikleri (Patm=101.325 kPa)

Download - DOĞAL VE ZORLANMIŞ KONVEKSİYON

Top Related