İletkenlerde ısı transferi

Katı veya sabit bir akışkan ortamında bir sıcaklık gradyanı varsa, ısı transferi olarak iletim gerçekleşir. İletkenlerde ısı transferi, iletken enerji ile komşu moleküller çarpıştığında daha enerjikten daha az enerjik moleküle transfer olur. Yüksek sıcaklıklar daha yüksek moleküler enerjiyle ilişkilendirildiğinden, ısı düşük sıcaklıklara doğru akar.

İletken ısı transferi “Fourier Yasası” ile ifade edilebilir.

q = (k / s) A dT  

   = U A dT                               (1)

q = ısı transferi (W, J/s, Btu/hr)

k = Malzemenin Isıl İletkenliği (W/m K or W/m oC, Btu/(hr oF ft2/ft))

s = malzeme kalınlığı (m, ft)

A = ısı transfer alanı (m2, ft2)

U = k / s =  Isı Transferi Katsayısı (W/(m2K), Btu/(ft2 h oF)

dT = t1 – t2 = sıcaklık gradyanı – farkı – malzeme üzerinde (oC, oF)

Örnek – İletken Isı Transferi

Düz bir duvar, 70 W / moC ısı iletkenliğine sahip katı demirden yapılmıştır. Duvarın kalınlığı 50 mm ve yüzey uzunluğu ve genişliği 1 m x 1 m’dir. Sıcaklık yüzeyin bir tarafında 150 oC, diğer tarafta 80 oC‘dir.

Duvardan iletken ısı transferi hesaplanabilir

q = [(70 W/m oC) / (0.05 m)] [(1 m) (1 m)] [(150 oC) – (80 oC)]

    = 98000 (W)

    = 98 (kW)

İletken Isı Transferini Hesaplayıcısı

Serideki Katmanlar ile Düzlem Yüzey veya Duvardan İletken Isı Transferi

Termal temasta tabakaları olan bir duvardan geçirilen ısı,

q = dT A / ((s/ k1) + (s/ k2) + … + (s/ kn))                                (2)

dT = t1 – t2= iç ve dış duvar arasındaki sıcaklık farkı (oC, oF)

Yüzey taşınımı ve radyasyona bağlı ısı direncinin bu denkleme dahil olmadığını unutmayın. Genel olarak konveksiyon ve radyasyonun genel ısı transfer katsayıları üzerinde büyük etkisi vardır.

Örnek – Fırın Duvarından İletken Isı Transferi

1 m2 fırın duvarı, 5 cm dış yalıtım levhası ile kaplı, 1.2 cm kalınlığında paslanmaz çelik iç tabakadan oluşmaktadır. Çeliğin iç yüzey sıcaklığı 800 K ve yalıtım panelinin dış yüzey sıcaklığı 350 K’dır. Paslanmaz çeliğin ısı iletkenliği 19 W / (m K) ve yalıtım panelinin ısıl iletkenliği 0,7 W / (m K).

Katmanlı duvar içinden iletken ısı taşınımı şöyle hesaplanabilir

q = [(800 K) – (350 K)] (1 m2) / ([(0.012 m) / (19 W/(m K))] + [(0.05 m) / (0.7 W/(m K))])

          = 6245 (W)

          = 6.25 kW

Termal iletkenlik birimleri

  • Btu/(h ft2 oF/ft)
  • Btu/(h ft2 oF/in)
  • Btu/(s ft2 oF/ft)
  • Btu in)/(ft² h °F)
  • MW/(m2 K/m)
  • kW/(m2 K/m)
  • W/(m2 K/m)
  • W/(m2 K/cm)
  • W/(cm2 oC/cm)
  • W/(in2 oF/in)
  • kJ/(h m2 K/m)
  • J/(s m2 oC/m)
  • kcal/(h m2 oC/m)
  • cal/(s cm2 oC/cm)
  • 1 W/(m K) = 1 W/(m oC) = 0.85984 kcal/(h m oC) = 0.5779 Btu/(ft h oF) = 0.048 Btu/(in h oF) = 6.935 (Btu in)/(ft² h °F)

Malzemelerin ve Gazların Isıl İletkenliği

Metallerin, metalik elementlerin ve alaşımların ısıl iletkenliği

Hüseyin Sümer hakkında 82 makale
Chemical and Mechanical engineer. Entrepreneur. Passionate about, Technology and Research.

İlk yorum yapan olun