T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından...

44
T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DUVAR BRİKETLERİ İÇİN TOPLAM ISI GEÇİRME KATSAYISI ÖLÇÜM DÜZENEĞİ TASARIMI BİTİRME PROJESİ OĞUZ CUMUR (I.ÖĞRETİM) OĞUZHAN DUMAN (I.ÖĞRETİM) ATAKAN KURU (I.ÖĞRETİM) HAZİRAN 2020 TRABZON

Transcript of T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından...

Page 1: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

DUVAR BRİKETLERİ İÇİN TOPLAM ISI GEÇİRME KATSAYISI ÖLÇÜM

DÜZENEĞİ TASARIMI

BİTİRME PROJESİ

OĞUZ CUMUR (I.ÖĞRETİM)

OĞUZHAN DUMAN (I.ÖĞRETİM)

ATAKAN KURU (I.ÖĞRETİM)

HAZİRAN 2020

TRABZON

Page 2: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

DUVAR BRİKETLERİ İÇİN TOPLAM ISI GEÇİRME KATSAYISI ÖLÇÜM

DÜZENEĞİ TASARIMI

OĞUZ CUMUR (I.ÖĞRETİM)

OĞUZHAN DUMAN (I.ÖĞRETİM)

ATAKAN KURU (I.ÖĞRETİM)

Jüri Üyeleri

Danışman: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

Üye :

Üye :

Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

HAZİRAN 2020

TRABZON

Page 3: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

III

ÖNSÖZ

Bu çalışmada duvar briketlerinin toplam ısı geçirme katsayısının belirlenebilmesi için

bir deney düzeneği tasarlanacaktır.

Tasarım çalışmamız sırasında kıymetli bilgi, birikim ve tecrübeleri ile bize yol

gösterici ve destek olan değerli danışman hocamız Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU' na

sonsuz teşekkür ve saygılarımızı sunarız.

Çalışmalarımız sırasında bize yardımcı olan Arş. Gör. Furkan Erman Kan’a, Makine

Mühendisliği Bölümü Yüksek Lisans öğrencisi Amir RAHMANPARAST'a ve eğitim

hayatımız boyunca maddi manevi destekleriyle bizi hiçbir zaman yalnız bırakmayan

ailelerimize sonsuz teşekkür ederiz.

Oğuz CUMUR

Oğuzhan DUMAN

Atakan KURU

Trabzon 2020

Page 4: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

IV

ÖZET

DUVAR BRİKETLERİ İÇİN TOPLAM ISI GEÇİRME KATSAYISI ÖLÇÜM

DÜZENEĞİ TASARIMI

Günümüzde teknolojik gelişmeler ve nüfus artışıyla birlikte enerji ihtiyacı katlanarak

artmaktadır. İnsan yaşamının olmazsa olmazı konumuna gelen binalar toplam enerji

tüketiminde önemli bir paya sahiptir. Enerji ihtiyacının artışı, enerji üretim ve dönüşüm

maliyetlerinin de artmasıyla enerji verimliliği ve tasarrufunu arttırmak için çeşitli çalışmalar

yapılmaktadır. Enerji konusunda yapılarda çeşitli tasarruf çalışmaları ve uygulamalar yaygın

bir şekilde yürütülmektedir. Konu ile ilgili yasal mevzuat çok önemli bir düzeye gelmiş

durumdadır. Yapılardaki tesisat uygulamalarından ve yapı bileşenlerinde yapılan ısıl

iyileştirmelerden yola çıkarak çeşitli bilimsel çalışmalar ve endüstriyel iyileştirmeler

yapılmaktadır. Konu ile ilgili olarak özellikle Isı Transferi başta olmak üzere, Akışkanlar

Mekaniği, Termodinamik gibi alanlarda çeşitli bilimsel çalışmalara gereksinim vardır.

Yapılarda ısıtma ve soğutma amaçlı enerji giderlerinin olabildiğince azaltılması ve

ekonomik bir çalışma düzeninin sağlanabilmesi için doğrudan sistem üzerinde iyileştirmeler

yapmanın yanı sıra, duvar, tavan, taban, pencere, çatı vb. yapı bileşenlerinde de belirli ölçüde

ısıl performans açısından iyileştirmeler de yapılmaktadır. Örneğin son yıllarda geliştirilen

faz değiştiren malzemeler (PCM) ile yapı duvarlarında çeşitli denemeler yapılmaktadır.

PCM’ler ile yapı duvarında gizli ısı depolaması sağlanarak sıcaklık farklarının değiştiği

durumlarda ihtiyaç duyulan ısıtma ve soğutma gereksinimi belirli ölçüde

karşılanabilmektedir. Ayrıca geliştirilmiş olan çeşitli kimyasallar ile yapı duvarlarında ısı

geçişine karşı yalıtım sağlanabilmekte ve ısıtma-soğutma giderleri belirli ölçüde

düşürülmektedir.

Bu çalışmada; piyasada mevcut duvar malzemeleri içerisinde önemli bir yeri olan

duvar briketinin içyapı geometrisi üzerinde uygun düzenlemeler yapılarak, ısı geçiş yönünün

değişmesi durumunda briketin ısıl direncinin de değişebileceği düşüncesinden hareketle bir

deney düzeneğinin kurulması amaçlanmıştır. Bu amaçla yalıtımlı ve içerisinde kontrollü ısı

üretimi sağlanan bir odacık ve bu odacığın bir yüzeyinde gerekli ölçümlerin yapılacağı

örneklerin bağlanacağı ölçme bölgesi ve ölçümlerin bilgisayar ortamında kaydedilmesini

sağlayan yazılım geliştirilerek uygun bir ölçme düzeneği oluşturulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Duvar briketi, Isı yalıtımı, Isı geçiş yönü, Enerji tasarrufu

Page 5: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

V

SUMMARY

TOTAL HEAT TRANSFER COEFFICIENT MEASUREMENT SYSTEM DESIGN

FOR WALL BRIQUETTES

Today, the energy demand increases exponentially with the technological

developments and population increase. Buildings, which are the vital of human life, have an

important share in total energy consumption. Various efforts are being made to increase in

energy requirements and the increase in energy production and conversion costs. Various

energy saving practices and labor are being carried out extensively. The relevant legislation

has reached a very important level. Various scientific studies and industrial improvements

are carried out based on installation applications in buildings and thermal improvements in

building components. Various scientific studies are needed in the fields of Fluid Mechanics,

Thermodynamics and especially Heat Transfer about the subject.

In order to reduce energy costs for heating and cooling in buildings as much as possible

and to provide an economic working order, it is also possible to make improvements directly

on the system, as well as wall, ceiling, floor, window, roof and so on. Also some

improvements are made in terms of thermal performance. For example, various tests are

carried out on the building walls with the phase-changing materials (PCM) developed in

recent years. PCM’s provide latent heat storage in building wall and meet the required

heating and cooling requirements to a certain extent when temperature differences change.

In addition, heating-cooling expenses are reduced to a certain extent with insulation against

heat transfer can be provided in the building walls by various chemicals developed.

In this study; The aim of this study is to establish an experimental setup based on the

idea that the heat resistance of the briquette occupying crucial market may alsa change if the

heat transfer direction changes. Fort his purpose, an insulated and controlled heat generation

chamber and a measuring area on which the necessary measurements will be made on a

surface of this chamber and the software enabling the recording of the measurements in the

computer enviroment have been developed and a suitable measurement mechanism has been

formed.

Keywords: Wall briquette, Thermal insulation, Heat transition direction, Energy

saving

Page 6: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

VI

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ÖNSÖZ ..................................................................................................................... III

ÖZET ......................................................................................................................... IV

SUMMARY ................................................................................................................ V

İÇİNDEKİLER .......................................................................................................... VI

ŞEKİLLER DİZİNİ ................................................................................................... VII

TABLOLAR DİZİNİ .............................................................................................. VIII

SEMBOLLER DİZİNİ ............................................................................................... IV

1. GENEL BİLGİLER ................................................................................................. 1

1.1. GİRİŞ .................................................................................................................... 1

1.1.1. Isı İletim Katsayısı Ölçüm Yöntemleri .............................................................. 2

1.1.2. Kararlı Durumda Isı İletim Katsayısı Ölçümü ................................................... 2

1.1.3. Geçici Rejimde Isı İletim Katsayısı Ölçümü ..................................................... 3

1.1.3.1. Lazer Flaş Yöntemi ......................................................................................... 3

1.1.3.2. Kızgın Tel Yöntemi......................................................................................... 4

1.2. LİTERATÜR TARAMASI ................................................................................... 6

1.3. KISITLAR ve KOŞULLAR ................................................................................. 8

2. YAPILAN ÇALIŞMLAR…………………………...……………………………..9

2.1. TASARIM ÇALIŞMALARI ................................................................................ 9

2.1.1. Deney Düzeneğinde Kullanılan Elemanlar ........................................................ 9

2.1.2. Deney Düzeneğinin Tasarlanması.................................................................... 12

2.1.2.1. Termoelemanların Yerleştirilmesi ................................................................ 17

2.2. DENEYLERDE ELDE EDİLEN VERİLER ...................................................... 20

3. BULGULAR .......................................................................................................... 23

4. .SONUÇLAR ......................................................................................................... 31

5. . KAYNAKLAR .................................................................................................... 33

ÖZGEÇMİŞ

Page 7: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

VII

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa No

Şekil 1. Lazer Flaş Deney Düzeneği Şematik Gösterimi .............................................. 3

Şekil 2. Numunenin Şematik Görünümü ...................................................................... 5

Şekil 3. Tipik Sıcaklık Artışı Eğrisi............................................................................... 5

Şekil 4. Multimetre ....................................................................................................... 10

Şekil 5. Isıtıcı Fişek ...................................................................................................... 10

Şekil 6. Z Profilli Briket ............................................................................................... 12

Şekil 7. Z Profil Boyutları............................................................................................. 12

Şekil 8. I Profilli Briket................................................................................................. 12

Şekil 9. I Profil Boyutları.............................................................................................. 12

Şekil 10. Yalıtımlı Odacığın Teknik Resmi ................................................................. 13

Şekil 11. Odacık ve Kapağın Montaj Resmi ................................................................ 13

Şekil 12. Odacığın Son Montaj Hali ............................................................................ 14

Şekil 13. Deney Düzeneğinin Kurulumu...................................................................... 14

Şekil 14. Yalıtımlı Odacığın İç Kısmı........................................................................... 15

Şekil 15. Briketin Yerleştirileceği Odacık Duvarı ........................................................ 15

Şekil 16. Güç Kaynağı .................................................................................................. 15

Şekil 17. Briketin Hazırlanan Boşluğa Yerleştirilmesi ................................................. 16

Şekil 18. I Profile Termoelemanların Yerleştirilme Konumu ....................................... 17

Şekil 19. Z Profile Termoelemanların Yerleştirilme Konumu....................................... 18

Şekil 20. Ters Z Profile Termoelemanların Yerleştirilme Konumu............................... 18

Şekil 21. Termoelemanların Okuyucu Karta Bağlanması ............................................. 19

Page 8: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

VIII

TABLOLAR DİZİNİ

Sayfa No

Tablo 1. I Profil İçin Deneysel Veriler ............................................................................ 20

Tablo 2. Z Profil İçin Deneysel Veriler ............................................................................ 21

Tablo 3. Ters Z Profil İçin Deneysel Veriler .................................................................... 22

Tablo 4. I Profil İçin Hesaplanan Nusselt Değerleri ........................................................ 25

Tablo 5. Z Profil İçin Hesaplanan Nusselt Değerleri........................................................ 26

Tablo 6. Ters Z Profil İçin Hesaplanan Nusselt Değerleri................................................ 27

Tablo 7. I Profil İçin Hesaplanan Rayleigh Değerleri ..................................................... 28

Tablo 8. Z Profil İçin Hesaplanan Rayleigh Değerleri..................................................... 29

Tablo 9. Ters Z Profil İçin Hesaplanan Rayleigh Değerleri............................................ 30

Tablo 10. Briketler İçin Nu ve Ra Sayısı Değerleri ........................................................ 31

Tablo 11. Briketler İçin Toplam Isı Geçirme Katsayıları ............................................... 32

Page 9: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

IX

SEMBOLLER DİZİNİ

k : Isı İletim Katsayısı

Q : Isı

L : Uzunluk

A : Alan

T : Sıcaklık

m : Metre

K : Kelvin

SI : Uluslararası Birim Sistemi

ΔT : Sıcaklık Farkı

ρ : Yoğunluk

Cp : Isıl Kapasite

V : Volt

℃ : Santigrat Derece

C : Euler Sabiti

m3 : Metreküp

m2 : Metrekare

s : Saniye

t : Zaman

r : Yarıçap

π : Pi Sayısı

d : Kalınlık

W : Watt

J : Joule

kg : Kilogram

a : Termal Difüzivite

Σ : Toplam Simgesi

α : Isıl Yayılım Katsayısı

exp: Eksponansiyel

Page 10: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

1

1. GENEL BİLGİLER

Bu çalışma kapsamında farklı iç geometrilerdeki duvar briketlerinin toplam ısı

geçirme katsayılarını hesaplamak amacıyla ısı yalıtımlı bir odacık ve ölçümlerin yapılacağı

iki farklı iç geometrideki briketler tasarlanmıştır. Briket yüzeylerinde bulunan 24 nokta,

ısıtıcıya yakın ve uzak konumdaki iki nokta ve dış ortam sıcaklığı olmak üzere 27 noktaya

ait sıcaklık ölçümlerinin termoeleman çiftleri yardımıyla yapılması amaçlanmıştır.

1.1. GİRİŞ

Termodinamik, iki sistem arasındaki sıcaklık farkının neden olduğu enerji aktarımını

ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır.

Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık farkı mevcut olan her durumda, ısı transferi

her zaman gerçekleşir. Isı transferi, basit bir şekilde üç kategoride sınıflandırılabilir; iletim

(conduction), taşınım (convection) ve ışınım (radiation). Bir katı durgun akışkan içerisinde

bir sıcaklık farkı olması durumunda ısı transferi iletim ile gerçekleşir. Bir yüzey ile hareket

halindeki bir akışkan farklı sıcaklıklarda ise ısı transferi taşınım ile gerçekleşir. Farklı

sıcaklıklardaki iki yüzey arasında ısı transferi ışınım ile gerçekleşir[1].

Doğal taşınım, akışkan içinde var olan sıcaklık farkları sebebi ile akışkanın hareket

etmesi ile ortaya çıkan taşınımdır. Doğal taşınımın temel dayanak noktası, ısınan akışkanın

daha yukarı (yüzeye) çıkmaya yatkın hale gelmesi, yani yükselmesi ve daha soğuk akışkanın

aşağı (dibe) hareket etmesidir. Yerçekimi veya santrifüj gibi ivme alanları içinde çeşitli

sıcaklıklarda, sıcaklık değişimleri nedeni ile gaz veya sıvı genişleme veya kısılmaya

uğradığında doğal taşınım oluşur. Yerçekimi olmadığında, yükselme faktörü

olmayacağından, doğal taşınım oluşmaz.

Page 11: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

2

1.1.1. Isı İletim Katsayısı Ölçüm Yöntemleri

Isı iletim katsayısı (k) bir malzemenin ısı transfer etme veya iletme özelliğine karşılık

gelir. İletim ısı transferinin üç yönteminden biridir. Diğer ikisi ise konveksiyon ve ışınımdır.

Fourier Yasasına göre ısı iletim katsayısı:

k = Q .L / A (T2-T1) [1.1]

olarak tanımlanmaktadır. Burada k, ısı iletim katsayısını, Q birim zamandaki ısıyı, L

uzunluğu, A yüzey alanı, T sıcaklığı göstermektedir. Buna göre belirli bir sıcaklık gradyanı

için iletim ısı akısı, ısı iletim katsayısının artışıyla artmaktadır. Isı iletim katsayısı

Uluslararası Birim Sistemi’nde (SI) W/m.K birimi kullanılarak ölçülür.

Malzemelerin iletim katsayılarının ölçümü, kararlı durumda ve geçiş durumunda

olmak üzere iki yöntemle yapılmaktadır. Alışılmış yöntem kararlı durumda ısıtılmış plaka

yöntemidir. Bu metotla ısıtılmış bir plakanın iki tarafına simetrik olarak yerleştirilen, levha

biçiminde muayene örneğinin ortalama ısı iletkenliği bulunur.

Geçiş durumunda ölçüm yapan cihazlar, daha ufak boyutlardaki malzemenin ısı

iletkenliğini daha kısa sürede saptayabilmektedir. Geçiş yöntemleri arasında Lazer Flaş

yöntemi (Laser Flash Method) ve Kızgın Tel yöntemi (Hot Wire Method) başlıcalarıdır.

1.1.2. Kararlı Durumda Isı İletim Katsayısı Ölçümü

Termal iletkenlik ölçümlerinin doğruluğu malzeme araştırma ve geliştirme için büyük

öneme sahiptir. Kararlı hal yöntemleri, ısı iletkenliğini doğrudan ısı akışı ve uygulanan

sıcaklık farkı arasındaki orantılılıktan belirler (Fourier Yasası). Her ne kadar teorik olarak

basit olsa da, pratikte kararlı durum yöntemleri ile yüksek doğruluklar elde etmek zordur ve

sıcaklık sensörü belirsizlikleri ve parazitik ısı kaybı nedeniyle karmaşık deneysel kurulumlar

gerektirir.

Isıtılmış plaka yöntemi, bir yapı malzemesi numunesinin ısıl iletkenliğini belirlemek

için kullanılır. Deneysel teknik, numunenin bir referans materyali ile üste (polistiren

numunesi) bir kalorimetrik odaya yerleştirilmesi ve alttan ısıtılmasından oluşur. İki

tabakadan geçen ısı akısının sabit olduğu ve referans malzemenin termal iletkenliği bilindiği

göz önüne alındığında, örnek malzemenin termal iletkenliği belirlenir. Karşılıklı iki

Page 12: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

3

numunenin arasındaki sıcaklık farkı sadece sabit duruma ulaşıldığında (sabit ısı akışı)

kaydedilir [2].

1.1.3. Geçici Rejimde Isı İletim Katsayısı Ölçümü

1.1.3.1. Lazer Flaş Yöntemi

Malzemelerin en önemli karakteristik özelliklerinden biri olan ısı iletim katsayısının

deneysel olarak tayin edilmesi için birçok yöntem kullanılmaktadır. Yüksek sıcaklıklarda

ölçüm yapılabilmesi, hassasiyetin yüksek olması, ölçüm süresinin kısalığı ve numune

hazırlamadaki kolaylıklar gibi avantajları nedeniyle lazer flaş yöntemi tercih edilen başlıca

yöntemlerden biridir. Bu yöntemde ısıl yayılım katsayısının sıcaklığa göre değişimi

ölçülmektedir. Malzemenin yoğunluğunun, özgül ısının ve ısıl yayılım katsayısının

çarpımıyla ısı iletim katsayısı elde edilmektedir [3].

Lazer flaş metodunda ani ısı sinyalleri lazer tarafından üretilmekte ve numunenin ön

yüzeyinden emilmektedir. Bu ısı sinyali numunenin diğer yüzeyine iletilmekte ve sıcaklık

artışı bir sensör ile izlenmektedir. Lazer flaş yöntemi ile ölçüm yapan test düzeneği şematik

olarak Şekil 1.’de gösterilmiştir

Şekil 1. Lazer Flaş Deney Düzeneği Şematik Gösterimi

Lazer kaynağı vasıtasıyla ısıtılan numunenin arka yüzeyindeki sıcaklık değişimi cihaz

tarafından zamanın fonksiyonu olarak kaydedilir. Numune arka yüzeyindeki sıcaklık

değişimi;

Page 13: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

4

[1.2]

ile ifade edilir. Burada Q, numunenin ön yüzeyinden emilen enerji, d ve r sırasıyla

numunenin kalınlığı ve yarıçapıdır. Sistemde, ölçüm yapılacak sıcaklık değerlerine

ulaşıncaya kadar numunenin sıcaklık değerleri bilgisayar sistemi tarafından sürekli analiz

edilir ve veri tabanındaki standart eğri ile karşılaştırılarak ısıl yayılım katsayısı değerleri elde

edilir. Isıl yayılım katsayısı numune kalınlığı (d) ve ısı transfer yarı süresi (t1/2) kullanılarak

aşağıdaki formül ile hesaplanır [4].

[1.3]

Bu teknikte yüksek sıcaklık ölçümleri için numunede radyasyona bağlı hasara neden

olmamak için önlem alınmalıdır. Yarı geçirgen bir numune için yüzeyde siyah bir kaplamaya

ihtiyaç duyulmakta olup, ince bir numune için sıcaklık artışı dikkatli bir şekilde kontrol

edilmelidir.

1.1.3.2. Kızgın Tel Yöntemi

Kızgın tel yöntemi, test malzemesine gömülü lineer bir ısı kaynağından (sıcak tel)

belirli bir mesafede sıcaklık artışının ölçülmesine dayanan standart bir geçici dinamik

tekniktir. Isı kaynağının, test numunesi boyunca sabit ve homojen bir çıkışa sahip olduğu

varsayılırsa, termal iletkenlik, bilinen bir zaman aralığı boyunca sıcaklıktaki meydana gelen

değişiklikten doğrudan elde edilebilir [5]. Kızgın tel sonda yöntemi, geçici kızgın tel

yöntemi ilkesini kullanır. Burada ısıtma telinin yanı sıra sıcaklık sensörü (termoeleman),

sıcak kabloyu ve sıcaklık sensörünü test malzemesinden elektriksel olarak izole eden bir

sonda içine yerleştirilir [6].

Yöntemin ideal matematiksel modeli, sıcak telin, homojen ve izotropik malzemeden

sabit başlangıç sıcaklığına sahip sonsuz bir çevrede olan ideal, sonsuz bir ince ve uzun çizgi

ısı kaynağı olduğu varsayımına dayanmaktadır. Q, birim zaman başına ve ısıtma telinin

(W/m) birim uzunluğu başına sabit ısı üretim miktarı ise, t = 0 zamanında başlatılan, telin

etrafındaki radyal ısı akışı meydana gelir. Daha sonra, radyal pozisyonda ΔT (r, t) sıcaklık

artışı, ısı kaynağından basitleştirilmiş formüle uygundur.

Page 14: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

5

𝛥𝑇(𝑟, 𝑡) =𝑞

4𝜋𝑘𝐼𝑛

4𝑎𝑡

𝐶𝜌2 [1.4]

Burada k, ısı iletim katsayısı (W/mK), a termal difüzivite (m2/s) (a = k / ρCp),ρ ile yoğunluk

(kg/m3) ve Cp ısı kapasitesidir. Test malzemesinin (J/kgK) ve C = exp (g), g = 0,5772157,

Euler sabitidir.

Şekil 2. Numunenin Şematik Görünümü

Sıcak tel sıcaklık artışı genellikle 10 ° C'ye ulaşır ve zaman evrimi, tipik olarak, Şekil

3.'de gösterilen forma sahiptir [7].

Şekil 3. Tipik Sıcaklık Artış Eğrisi (a - ideal, b - ideal olmayan durum)

Page 15: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

6

1.2. LİTERATÜR TARAMASI

Hendry E.A.W. [8] tarafından yapılmış olan çalışmada taş duvar inşaatı uygulamaları

ve bu yapım biçiminin avantajları ile ilgili güncel bir derleme sunulmuştur. Buna göre çok

çeşitli birim büyüklük, form ve renklerde üretilen duvar malzemeleri kil, beton ve kalsiyum

silikat içermektedir. Harçlar genellikle işlenebilirliği geliştirmek için kireç veya yumuşatıcı

eklenmiş çimento ya da kumdan oluşmaktadır. Son yıllarda, doğru kullanım için ince yatak

harçları içeren yeni tip harçlar ve termal özelliklere sahip boyutlandırılmış elemanlar

geliştirilmiştir.

Madera, J. vd. [9]; modern çok delikli tuğlalardan yapılan dış duvar modellemesi

üzerine bir çalışma yapmışlardır. Çalışmada simülasyon, sonlu elemanlar yöntemi

kullanılarak durağan olmayan koşullarda gerçekleştirilmiştir. Delikli tuğlaların

geometrisinin çok karmaşık olması nedeniyle sayısal analizde çok sayıda düğüm ve

elemanlar ortaya çıkmaktadır. Paralelleştirme yöntemi hesap süresini kısaltmakta ve daha

karmaşık geometrilerin çözülmesi mümkün olmaktadır. Bu makalede delikli tuğlaların

hidrotermal performansından bahsedilerek, geometrilerin optimizasyonu

değerlendirilmiştir.

Morales, M.P. vd. [10] kilden yapılmış boşluklu tuğlanın eşdeğer geçirgenliğini

optimize etmek üzere bir çalışma yapmıştır. Ticari amaçla kullanılmış bir bloktan başlayarak

tuğlaların enine kesitleri için çeşitli geometriler ve ısı iletim katsayılarındaki gelişmeler bir

dizi çeşitli parametrelerle incelenmiştir. Bu parametreler tuğladaki sıra sayısı, matris ve oluk

tipleri, bitişik sıralar arasındaki boşluk sayılarıdır. Bu çalışmada, deliklerin termal köprü

oluşturmasını engellemek için delik boylarının uzatılması gerektiği görülmüştür. Delik

sayısı düzlem boyunca arttıkça tuğlanın ısıl direncinin arttığı ve 300 mm genişlik 26 sıralı

tuğlanın %16’lık iyileşme sağladığı sonucuna varılmıştır.

Ait-Taleb, T. vd. [11] yukarıdan veya alttan eşit şekilde ısıtılmış dikey yönde iki hava

boşluklu ve yatay yönde eş üç hava boşluklu tuğlanın ısı transferi üzerine sayısal bir

çalışması yapmışlardır. Yan dış yüzeylerin adyabatik olduğu varsayılmaktadır. Boussinesq

yaklaşımından yararlanılarak akışların tamamı laminer ve iki boyutlu olduğu kabul

edilmiştir. Bu çalışmada, dikey iki hava boşluklu tuğlanın binaların çatılarının içi ve dışı

arasında ısı transferinde önemli bir azalma sağladığı sonucuna varılmıştır.

Page 16: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

7

Diao, R. vd. [12] Çin’deki duvar yapı malzemelerinin sıcak ve soğuk aylarda ısıl

performansını incelemişlerdir. Yapılan araştırmaya göre Çin’deki binaların kaybolan

enerjisinin bina enerji tüketiminin yaklaşık %35’ine tekabül edeceği öngörmüştür. Bu

çalışmada yaz aylarında enerji tasarrufunu sağlamak için beton tuğla, boşluklu duvar, kilsiz

sinterlenmiş gözenekli tuğla, dikdörtgen gözenekli blok yapı, kompozit seramik beton,

buharla preslenmiş kumlu beton blok duvar vs. gibi duvar yapı malzeme çeşitlerinin her

birinin yapılacak binanın çalışma şartına ve coğrafi özelliklerine uygun olarak seçilmesi

gerektiği sonucuna varılmıştır. Bina duvarındaki enerji kaybı, bina yüzeyindeki toplam

enerji kaybının %60 ile %70’ini oluşturduğu ve duvar malzemelerinin bina yüzeyi için enerji

tasarrufu teknolojisinin gelişmesinde kilit rol oynadığı ortaya konulmuştur.

Bassiouny, R. vd. [13] ısı iletim katsayısı düşük malzemeler ile içi doldurulmuş

tuğlanın ısıl davranışını incelemişlerdir. Kullanılan tuğlanın içi polistren ile doldurulmuştur.

Bunun sonucunda tuğlanın ısıl oranı %36 azalmıştır. Bunun yanı sıra ısı akışının

dikdörtgensel olmayan çoklu boşluklardan geçirilmesinin termal özellikleri iyileştirdiği

sonucuna varılmıştır. Bu çalışma sonucunda deliklerin ısı iletim katsayısı düşük malzemeler

ile doldurulması, ısı akışı yönünde ısıl direnci arttırdığı ve iletilen ısıda gözle görülür bir

azalma olduğu ortaya konulmuştur.

Arendt, K. vd. [14] boşluk konsantrasyonunun zaman gecikmesi, azalma faktörü,

eşdeğer termal yaygınlık ve eşdeğer ısı iletkenliği gibi tuğlanın statik ve dinamik termal

parametreleri üzerindeki etkisini incelemişlerdir. Işınım ve iletim ile gerçekleşen ısı

değişimini azaltmak için şekli optimize edilmiş boşluklu tuğla üzerinde çalışılmıştır. Termal

performans değerlendirmesi, statik ve dinamik performansa dayalı bir şekilde sayısal olarak

yapılmıştır. Boşluklu tuğlanın termal parametrelerinin hesabında yarı analitik bir yöntem

kullanmışlardır. Isıl iletkenliği düşük malzemeden yapılmış boşluklu tuğlanın optimum

termal parametreleri tuğlanın boşluklu yapıdaki kısımlarının toplam alanının tuğlanın

toplam alanına oranının %30-45 aralığında olduğunu belirlemişlerdir. Yüksek ısıl iletkenliğe

sahip malzemeden yapılmış boşluklu tuğlalar için %45-65 arası bir boşluk konsantrasyonuna

ihtiyaç duyulduğu ve teknolojik olarak bunun imkansız olduğu sonucunu elde etmişlerdir.

Gossard, D. vd. [15] sayısal yöntem ile birleştirilmiş üç boyutlu ısı modeli geliştirerek

hava ile doldurulmuş dikey boşluklara sahip tuğlalarda ısı transferini (iletim, taşınım ve

ışınım) incelemişlerdir. Çıkarılabilir bir tuğla kullanılarak deneysel bir çalışma yapılmış

olup farklı kalıpların birleştirilmesine izin veren tuğla, sıcak ve soğuk kontrollü yalıtımlı

Page 17: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

8

odaların arasına monte edilmiştir. Ölçülen sıcaklıklar ve deneysel termal dirençlerin teorik

değerlere çok yakın olduğu bulunarak model doğrulanmıştır. Modelin deneydeki tasarımı

parametrik bir analiz yapmak için kullanılmıştır.

1.3. KISITLAR ve KOŞULLAR

Tasarlanan odacıkta deney süresi boyunca briket yüzeyleri dışında ısı geçişini

engellemek amacıyla odacık yalıtılmıştır. Bu nedenle yapılacak ölçümler boyunca briket

yüzeyleri dışında ısı geçişi olmadığı varsayılacaktır.

Odacığın yalıtılmış olması, odacık içerisine güç kaynağı yardımı ile sabit ısı girişi

sağlanması ve briketin homojen bir yapıya sahip olmasından dolayı briket yüzeylerinden ısı

akısı geçişi sabit bir şekilde gerçekleşmektedir.

Page 18: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

9

2. YAPILAN ÇALIŞMALAR

2.1. TASARIM ÇALIŞMALARI

2.1.1. Deney Düzeneğinde Kullanılan Elemanlar

Termoeleman

Termoeleman, iki farklı metal alaşımını alarak uçlarının kaynaklanmasıyla oluşturulan

sıcaklık ölçü elemanıdır. Burada kaynatılan noktaya sıcak nokta denirken, açık kalan iki uç

kısma ise soğuk nokta denir. Termoeleman da sıcak nokta ile soğuk nokta arasındaki sıcaklık

farkından yararlanır. Kaynak edilen noktanın sıcaklığına bağlı olarak serbest uçlar arasında

metal çiftinin özelliğine denk düşen milivoltlar düzeyinde gerilim oluşur. Bu özellikten

yararlanılarak sıcaklık ölçümü gerçekleştirilir. Kaynak noktası sıcak bağlantı noktası,

serbest olup daha sonra klemens kutusuna veya ölçü aletine bağlanacak olan uçlar ise "soğuk

bağlantı noktası olarak adlandırılmaktadır [16].

Strafor

Strafor (EPS-Expanded Polistiren) sert köpük petrolden elde edilen termoplastik bir

yalıtım malzemesidir. Bünyesinde bulunan çok sayıdaki (1 m3 EPS de 3-6 milyar) küçük

kapalı gözenekli hücrelerinde durgun hava hapsolmuştur. Mükemmel ısı yalıtımını bu

gözenekler sağlar. Dünyada mevcut en iyi ısı yalıtımını sağlayan malzemelerden biri

olan EPS, ayrıca öteki malzemelerden daha ekonomik olması ile de tercih edilmektedir.

Straforun ısı iletim katsayısı 0.039 W/m.K ’dir [17].

Alçı

Alçı taşının pişirilip, toz haline getirilip 158℃ derecede pişirilmesinden elde edilen

alçı, kimyasal bir bileşik olan kalsiyum sülfat hemihidrat’ın ısıtılıp, kurumaya bırakıldığında

hızlıca donan, beyaz renkli ince bir toz maddedir. Alçı, yangına dayanıklı, hafif ve kolay

şekil alabilen ve ısı yalıtımı sağlayan bir malzemedir. Alçının ısı iletim katsayısı 0.35

W/m.K’dir [18].

Güç Kaynağı

Güç kaynağı bir sistem ya da düzeneğin gereksinim duyduğu enerjiyi sağlamak için

kullanılan cihazdır. Ayarlanabilir bir doğru akım (DC) ile çalışan güç kaynağı farklı

devrelerin ihtiyaç duyduğu gerilim ve akım değerlerine ayarlar.

Page 19: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

10

Multimetre

Multimetre çok amaçlı bir ölçü aleti türüdür. Standart parametreler olan akım, direnç

ve gerilim dışında frekans, sıcaklık, kapasitans ve birçok parametrenin ölçümü

yapılabilmektedir. Üzerindeki komütatör ile istenilen ölçme değeri seçilip ölçme yapılır

[19].

Şekil 4. Multimetre

Isıtıcı Fişek Rezistans

Fişek rezistans, elektrikli ısıtma gerektiren küçük alanlarda ve kalıplarda yüksek

wattlarda kullanılarak güçlü ısıtma oluştururlar. Rezistans telinin tümü fişek rezistansın

ekseninde bulunan seramik taşın etrafında eşit hadde aralıkları ile sarılarak magnezyum oksit

tozu ile dış boru kılıfından izole edilmiş halde kalibre edilerek üretilir. Rezistans teli ile boru

kılıfı arasında ki MgO (Magnezyum Oksit) tozunun inceliğinden dolayı hızlı ve verimli ısı

oluşur ve bu sayede daha az enerji ile daha çok ısı elde edilir [20]. Oluşturulan düzenekte

kullanılan ısıtıcı AVM 5463/19 T.M model ve 30 volt ve 80 watt değerlerinde çalışmaktadır.

Şekil 5. Isıtıcı Fişek Rezistans

Page 20: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

11

PVC Foam (Dekota)

PVC Foam (Dekota) levha, rijit PVC levhanın bir türevidir. Arasındaki fark

yoğunluğunun düşürülmesidir ki, bu işlem Toz PVC hammaddesinin içine ajan denilen

kimyasallar homojen bir biçimde karıştırılarak ve çekme hattında işlenerek gerçekleştirilir.

Piyasada Dekota ve Foreks olarak adlandırılır. Önceliği açık hava reklam sektörü olmak

üzere inşaatlarda da sıklıkla kullanılan çok amaçlı bir üründür [21].

Silikon

Silikonlar izolasyon, dolgu ve yapıştırma malzemesi olarak kullanılmaktadır. Silikon

inşaatlarda, yapılarda ve binalarda geniş bir kullanım alanına sahiptir. Ürün sahip olduğu

yüksek performanstan ve sızdırmazlık kalitesinden dolayı tercih edilmektedir. Silikon sahip

olduğu yapı malzemelerinden dolayı kolay ve güçlü bir biçimde mevcut alana

yapışabilmektedir. Birçok gözenekli ve gözeneksiz yapılarda herhangi bir astara ihtiyaç

duyulmadan sorunsuz yapışma işlemi gerçekleştirilmektedir. Ayrıca hiçbir inşaat malzemesi

ile reaksiyona girmez ve mevcut alanda aşındırma yapmaz. Silikon -60 ve +180 dereceye

kadar dayanıklıdır [22].

Hızlı Yapıştırıcı

Hızlı yapıştırıcı metal, ahşap, plastik gibi birçok yüzey ile uyumlu şekilde yapışır.

Hızlı Yapıştırıcı, iki bileşenli yapısıyla son derece güçlü ve kaliteli bir yapıştırıcıdır.

Siyanoakrilat bazlı bu yapıştırıcı en hızlı, en kolay ve güçlü sağlam yapıştırma sağlayan bir

adet yapıştırıcı ve bir adet yapıştırıcı aktivatör spreyden oluşur[23].

Page 21: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

12

2.1.2. Deney Düzeneğinin Tasarlanması

Farklı geometrik boşluklara sahip briketler üzerinde çalışma yapmak üzere iki farklı

tipte briket tasarlanmıştır. Briketlerin iç tasarımında, farklı eğim açılarına sahip hava

kanalları deney sistemine uygun şekilde modellenmiştir. PVC-foam (Dekota)

malzemesinden üretilen plakalar lazer kesim tekniği ile belirlenen ölçülerde kesilerek

tasarlanan briketler oluşturulmuştur.

Şekil 6. Z Profilli Briket Şekil 7. Z Profil Boyutları

Şekil 8. I Profilli Briket Şekil 9. I Profil Boyutları

Page 22: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

13

Briketlerden geçen ısı akısının sabit kalmasını sağlamak için boyutları 40x40x40cm

olan bir odacık tasarlanmıştır (Şekil 11.). Isı akısının sadece odacığın bir yüzeyine

yerleştirilen briketten geçmesini sağlamak amacıyla odacık strafor ile oluşturulup iç

yüzeyleri alçılanarak ısı yalıtımı sağlanmıştır.

Şekil 10. Yalıtımlı Odacığın Teknik Resmi

Şekil 11. Odacık ve Kapağın Montaj Resmi

Page 23: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

14

Şekil 12. Odacığın Son Montaj Hali

Şekil 13. Deney Düzeneğinin Kurulumu

Page 24: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

15

Şekil 14. Yalıtımlı Odacığın İç Kısmı Şekil 15. Briketin Yerleştirileceği

Odacık Duvarı

Sisteme sabit ısı girdisi sağlamak amacıyla ısıtıcı fişeğin bağlandığı akım ve volt

değerleri ayarlanabilir bir güç kaynağı kullanılmıştır (Şekil 15.). Güç kaynağına bağlı

bulunan ısıtıcı fişek, odacığın üst yüzeyinde yalıtıma uygun ölçülerde açılmış olan dairesel

kesitli boşluktan odacığın iç kısmına yerleştirilmiştir.

Şekil 16. Güç Kaynağı

Page 25: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

16

Oluşturulan farklı iç geometrilere sahip briketler ısı akısının sabit tutulduğu odacığa,

odanın bir duvarı olacak şekilde bir yüzeyde 160x160mm ölçülerde hazırlanmış olan kare

kesitli boşluğa yerleştirilmiştir.

Şekil 17. Briketin Hazırlanan Boşluğa Yerleştirilmesi

Briketin konumlandırıldığı odacık duvarı, odacığa yerleştirilirken ısı yalıtımını

sağlamak amacıyla duvarın kenar boşlukları silikon yardımıyla doldurulmuştur. Briketin dış

ortama açık yüzeyinde yapılacak sıcaklık ölçümlerinin oluşabilecek hava sirkülasyonundan

etkilenmesini önlemek amacıyla bu odacık yüzeyini tahta bir levha yardımıyla kapatılmıştır.

Page 26: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

17

2.1.2.1. Termoelemanların Yerleştirilmesi

Oluşturulan briketlerin her yüzeyinde 4 farklı konumda sıcaklık ölçümleri yapılacak

şekilde termoelemanların kaynak edilmiş uçları yüzey üzerinde konumlandırılmıştır.

Termoelemanlar briketin düşey ekseninde biri tam merkezde, diğer ikisi de merkezden

pozitif ve negatif yönde 40mm uzaklıkta briket yüzeyine temas edecek şekilde

konumlandırılarak briket yüzeylerine ait ortalama sıcaklıkların elde edilmesi amaçlanmıştır.

Diğer termoeleman ise bu 3 noktadan farklı olarak akışkanın (hava) sıcaklığını ölçmek

amacıyla briket yüzeyi üzerine yüzeye temas etmeyecek şekilde yerleştirilmiştir.

Şekil 18. I Profile Termoelemaların Yerleştirilme Konumu

Page 27: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

18

Şekil 19. Z Profile Termoelemanların Yerleştirilme Konumu

Şekil 20. Ters Z Profile Termoelemanların Yerleştirilme Konumu

Page 28: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

19

Numaralandırılmış termoelemanların kaynaklanmamış diğer uçları sıcaklık

ölçümlerini elde etmek için multimetre içerisindeki okuyucu kart üzerine uygun sıra ve renk

dizisine göre bağlanmıştır.

Şekil 21. Termoelemanların Okuyucu Karta Bağlanması

Page 29: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

20

2.2. DENEYLERDE ELDE EDİLEN VERİLER

Tablo.1. I Profil İçin Deneysel Veriler

Page 30: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

21

Tablo.2. Z Profil İçin Deneysel Veriler

Page 31: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

22

Tablo.3. Ters Z Profil İçin Deneysel Veriler

Page 32: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

23

3. BULGULAR

Deneylerde kullanılmak üzere oluşturulan briketlerin ısı iletim katsayısı, k = 0.48

W/m.K olduğu bilinmektedir. Tasarlanan deney düzeneği ve briketlerle yapılan deneyler

sonucunda elde edilen sıcaklık değerleri kullanılarak öncelikle briket yüzeylerindeki yerel

Nusselt değerleri hesaplanmak üzere aşağıdaki denklem kullanılmıştır.

𝑁𝑢𝑥 =ℎ𝑥

𝑘=

[𝑞𝑠/̈ (𝑇𝑆 − 𝑇∞)] 𝑥

𝑘

Örnek olarak Z Profil için bir yüzeydeki yerel Nusselt sayısı değeri aşağıdaki gibi

hesaplanmıştır.

k = 0.48 W/m.K

Adüz = (0.16 x 0.16)m2 = 0.0256m2

Aeğim = (0.15 x 0.15 / sin76.91o ) = 0.0231m2

𝑞𝑑ü𝑧̈ = 7𝑊/0.0256𝑚2 = 273.44𝑊/𝑚2

𝑞𝑒ğ𝑖𝑚̈ = 7𝑊/0.0231𝑚2 = 303.03𝑊/𝑚2

Bulunan bu değerler için Nu;

𝑁𝑢𝑥 =ℎ𝑥

𝑘=

[𝑞𝑠/̈ (𝑇𝑆 − 𝑇∞)] 𝑥

𝑘=

[273.44 /(33.32 − 32.90)]0.16

0.48= 217.01

olarak hesaplanmıştır. Bu şekilde hesaplanan tüm yerel Nusselt değerleri aşağıda tablolar

halinde gösterilmiştir.

Doğal taşınım yüzey üzerindeki akış, sıcaklık gradyanı nedeniyle meydana gelen

yoğunluk gradyanından kaynaklanır. Yoğunluk gradyanı üzerine yerçekimi alan etkisi

kaldırma kuvveti şeklinde kendini gösterir ve akışkan içerisinde doğal akımı oluşturur. Bir

doğa taşınım sınır tabakasında geçiş bölgesi, akışkan içindeki kaldırma ve sürtünme

kuvvetlerinin göreceli büyüklüğüne bağıldır. Bu genellikle Rayleigh sayısı ile ifade edilir.

Page 33: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

24

Rayleigh sayısı Grashof ve Prandtl sayılarının çarpımına eşittir. Dikey levhalar için kritik

Rayleigh sayısı,

𝑅𝑎𝐿 = 𝐺𝑟𝐿𝑃𝑟 =𝑔𝛽(𝑇𝑠 − 𝑇∞)𝐿3

𝜗𝛼=

𝑔𝛽(𝑇𝑠 − 𝑇∞)𝐿3

𝜗2𝑃𝑟

olarak verilmiştir.

Örnek olarak Z Profil için bir yüzeydeki yerel Rayleigh sayısı değeri aşağıdaki gibi

hesaplanmıştır.

𝑅𝑎𝐿 = 𝐺𝑟𝐿𝑃𝑟 =𝑔𝛽(𝑇𝑠 − 𝑇∞)𝐿3

𝜗2𝑃𝑟 =

(9.81)(1

306.11)(33.32 − 32.90)0.163

(1.63𝑥10−5)20.706

= 146497.50

olarak hesaplanmıştır. Bu şekilde hesaplanan tüm yerel Rayleigh değerleri aşağıda tablolar

halinde gösterilmiştir.

Page 34: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

25

7 WATT 9 WATT 12 WATT

Nu1-4 342.65 404.09 446.42

Nu5-8 59.97 509.50 634.91

Nu9-12 185.18 215.51 225.03

Nu13-16 121.52 119.57 123.03

Nu17-20 345.67 217.01 311.88

Nu21-24 506.36 509.50 710.22

Tablo 4. I Profil İçin Hesaplanan Nusselt Değerleri

Page 35: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

26

7 WATT 9 WATT 12 WATT

Nu1-4 414.29 450.72 651.04

Nu5-8 217.01 217.01 223.21

Nu9-12 237.13 245.10 248.75

Nu13-16 118.56 119.05 123.46

Nu17-20 222.05 152.19 151.70

Nu21-24 268.08 249.33 248.01

Tablo 5. Z Profil İçin Hesaplanan Nusselt Değerleri

Page 36: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

27

7 WATT 9 WATT 12 WATT

Nu1-4 607.64 488.28 446.43

Nu5-8 162.76 160.53 157.83

Nu9-12 347.22 390.62 406.50

Nu13-16 108.02 108.69 106.84

Nu17-20 202.55 209.26 200.32

Nu21-24 276.20 293.86 269.40

Tablo 6. Ters Z Profil İçin Hesaplanan Nusselt Değerleri

Page 37: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

28

7 WATT 9 WATT 12 WATT

Ra1-4 144219.34 154906.15 178437.24

Ra5-8 872875.48 126281.27 148311.96

Ra9-12 266039.33 267933.20 353719.24

Ra13-16 48548.74 38090.75 1100055.78

Ra17-20 180134.29 318664.18 331269.08

Ra21-24 110336.00 139293.33 132957.69

Tablo 7. I Profil İçin Hesaplanan Rayleigh Değerleri

Page 38: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

29

7 WATT 9 WATT 12 WATT

Ra1-4 13404.93 6271.92 11554.53

Ra5-8 146497.50 178236.41 216600.65

Ra9-12 121154.61 143441.88 178118.52

Ra13-16 251197.61 309343.44 380897.14

Ra17-20 157986.62 283640.11 367077.69

Ra21-24 131911.64 181651.05 242784.19

Tablo 8. Z Profil İçin Hesaplanan Rayleigh Değerleri

Page 39: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

30

7 WATT 9 WATT 12 WATT

Ra1-4 50029.30 75253.37 100638.58

Ra5-8 194121.18 240896.37 304502.73

Ra9-12 82490.23 90146.05 108994.40

Ra13-16 275339.99 340335.08 442739.59

Ra17-20 173186.56 207585.59 280612.51

Ra21-24 131016.21 159912.63 223683.22

Tablo 9. Ters Z Profil İçin Hesaplanan Rayleigh Değerleri

Page 40: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

31

4. SONUÇLAR

7 WATT 9 WATT 12 WATT

I Profil Z Profil Ters Z

Profil

I Profil Z Profil Ters Z

Profil

I Profil Z Profil Ters Z

Profil

Nu1-4 342.65 414.29 607.64 404.09 450.72 488.28 446.42 651.04 446.43

Nu5-8 59.97 217.01 162.76 509.50 217.01 160.53 634.91 223.21 157.83

Nu9-12 185.18 237.13 347.22 215.51 245.10 390.62 225.03 248.75 406.50

Nu13-16 121.52 118.56 108.02 119.57 119.05 108.69 123.03 123.46 106.84

Nu17-20 345.67 222.05 202.55 217.01 152.19 209.26 311.88 151.70 200.32

Nu21-24 506.36 268.08 276.20 509.50 249.33 293.86 710.22 248.01 269.40

Ra1-4 144219.34 13404.93 50029.30 154906.15 6271.92 75253.37 178437.24 11554.53 100638.58

Ra5-8 872875.48 146497.50 194121.18 126281.27 178236.41 240896.37 148311.96 216600.65 304502.73

Ra9-12 266039.33 121154.61 82490.23 267933.20 143441.88 90146.05 353719.24 178118.52 108994.40

Ra13-16 48548.74 251197.61 275339.99 38090.75 309343.44 340335.08 1100055.78 380897.14 442739.59

Ra17-20 180134.29 157986.62 173186.56 318664.18 283640.11 207585.59 331269.08 367077.69 280612.51

Ra21-24 110336.00 131911.64 131016.21 139293.33 181651.05 159912.63 132957.69 242784.19 223683.22

Tablo 10. Briketler İçin Nu ve Ra Sayısı Değerleri

Page 41: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

32

Briketler için birim alanda ısı geçirme katsayısının hesabında aşağıda verilen denklem

kullanılmıştır.

Q = U. A. ∆T

U = q/∆T

U ( W/m2.K)

Q=7 W Q=9 W Q=12 W

I Profil 27.31 26.94 26.96

Z Profil 26.68 26.41 26.39

Ters Z Profil 25.58 25.93 25.28

Tablo 11. Briketler İçin Toplam Isı Geçirme Katsayıları

Page 42: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

33

5. KAYNAKLAR

1. http://w3.bilecik.edu.tr/makineveimalat/wp-

content/uploads/sites/27/2017/02/B%C3%B6l%C3%BCm-1_Giri%C5%9F.pdf

2. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/163/1/012018

3. ALTUN, Ö., Lazer flaş yöntemini kullanarak malzemelerin ısı iletim katsayısının

deneysel olarak tayin edilmesi ve örnek bir uygulama, VII. ULUSAL ÖLÇÜM

BİLİM KONGRESİ

4. Sorai, M., 2004, Comprehensive Handbook of Calorimetry and Thermal Analysis,

John Wiley&Sons, 518.

5. Davis W. R., Hot-Wire Method for the Measurement of the Thermal Conductivity

of Refractory Materials, in Maglić K D, Cezairliyan A, Peletsky V E, (Eds.)

Compendium of Thermophysical Property Measurement Methods, Vol. 1 Survey

of Measurement Techniques, 1984, New York, London, Plenum Press, p. 161

6. Wechsler A. E., The Probe Method for Measurement of Thermal Conductivity in

Maglić K D, Cezairliyan A, Peletsky V E, (Eds.) Compendium of Thermophysical

Property Measurement Methods, Vol. 2 Recommended Measurement Techniques

and Practices, 1992, New York, London, Plenum Press, p. 281

7. http://www.tpl.fpv.ukf.sk/engl_vers/hot_wire.htm

8. Hendry, E. A.W. Masonry walls: materials and construction, Construction and

Building Materials 15 (2001) 323-330

9. Madera, J., Kocía, J., Kocía, V. ve Kruis, J., Parallel modeling of hygrothermal

performance of external wall made of highly perforated bricks, Advances in

Engineering Software 113 (2017) 47-53

10. Morales, M.P., Juárez, M.C., López-Ochoa, L.M. ve Doménech, J., Study of the

geometry of a voided clay brick using rectangular perforations to optimize its

thermal properties, Applied Thermal Engineering 31 (2011) 2063-2065

11. Ait-Taleba, T., Abdelbakib, A., ve Zrikemb, Z., Simulation of coupled heat

transfers in a hollow tile with two vertical and three horizontal uniform rectangular

cavities heated from below or above, Energy and Buildings 84 (2014) 628-632

12. Diao, R., Sun, L. ve Yang, F., Thermal performance of building wall materials in

villages and towns in hot summer and cold winter zone in China, Applied Thermal

Engineering 128 (2018) 517-530

Page 43: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

34

13. Bassiouny, R., Ali, M.R.O. ve NourEldeen, E.H., Modeling the Thermal Behavior

of Egyptian Perforated Masonry Red Brick Filled with Material of Low Thermal

Conductivity, Journal of Building Engineering 5 (2016) 158-164

14. Arendt, K., Krzaczek, M. ve Florczuk, J., Numerical analysis by FEM and

analytical study of the dynamic thermal behavior of hollow bricks with different

cavity concentration, International Journal of Thermal Sciences 50 (2011) 1543-

1553

15. Gossard, D. ve Lartigue, B., Three-dimensional conjugate heat transfer in

partitioned enclosures: Determination of geometrical and thermal properties by an

inverse method, Applied Thermal Engineering 54 (2013) 549-558

16. https://www.kontrolkalemi.com/forum/konu/termokupul-termostat-

hakk%C4%B1nda.14390/#

17. https://strafor.istanbul/458-strafor-kopuk-nedir.html

18. https://www.gelgez.net/alci-nedir-alci-nasil-olusur-ozellikleri-nelerdir-nerelerde-

kullanilir/

19. https://tr.m.wikipedia.org/wiki/%C3%96l%C3%A7%C3%BC_aleti_(elektrik)

20. https://www.emfarezistans.com/yazi/fisek-rezistans-nedir

21. http://rekklamc.blogspot.com/2014/07/pvc-foam-nedir.html

22. https://kanyonyapi.net/blog/silikon-nedir-silikon-cesitleri-nelerdir/

23. https://www.betakimya.com.tr/urun/5/mitreapel-hizli-yapistirici

Page 44: T · 2020. 9. 16. · ısı olarak tanımlamaktadır. Isı transferi, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Bir ortam içinde veya ortamlar arasında sıcaklık

35

ÖZGEÇMİŞ

OĞUZHAN DUMAN

22 Temmuz 1997 tarihinde Trabzon’da doğmuştur. İlköğretimini Cumhuriyet

İlköğretim Okulu’nda tamamlamıştır. Liseyi Tevfik Serdar Anadolu Lisesi’nde okumuştur.

2015 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği

bölümüne başlamıştır. Son sınıf öğrencisi olup halen üniversite eğitimini sürdürmektedir.

OĞUZ CUMUR

14 Mart 1997 tarihinde Trabzon’da doğmuştur. İlköğretimini Fevzi Çakmak

İlköğretim Okulu’nda tamamlamıştır. Liseyi Tekirdağ Anadolu Lisesi’nde okumuştur. 2015

yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği

bölümüne başlamıştır. Son sınıf öğrencisi olup halen üniversite eğitimini sürdürmektedir.

ATAKAN KURU

25 Nisan 1996 tarihinde Çorum'da doğmuştur. İlköğretimini Şehitkâmil İlköğretim

Okulu'nda tamamlamıştır. Liseyi Gaziantep Anadolu Lisesi'nde okumuştur.2015 yılında

Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği bölümüne

başlamıştır. Son sınıf öğrencisi olup halen üniversite eğitimi devam etmektedir.