Wilhelm Nusselt Kimdir? Nusselt Sayısı Nedir?

Isı transferi denilince akla gelen ilk isimlerden biri olan Alman mühendis ve bilim insanı Wilhelm Nusselt ve kendisiyle özdeşleşmiş Nusselt Sayısı ifadesini bu içeriğimizde derledik.

Wilhelm Nusselt Kimdir ?

Alman bir mühendis olan Wilhelm Nusselt, 25 Kasım 1882 yılında Almanya’nın Nürnberg şehrinde doğdu. Nusselt, Berlin-Charlottenburg Teknik Üniversite’sinde makine mühendisliği eğitimini, 1904 yılında tamamladıktan sonra ileri matematik ve fizik eğitimine de burada devam etti. Daha sonra ise Münih’teki teknik fizik laboratuvarında O.Knoblauch’ın asistanı oldu ve yalıtım malzemelerinin iletimi üzerine olan doktora tezini deneylerinde Nusselt Küresi adı verilen malzemeyi kullanarak 1907 yılında tamamladı. 1907 ve 1909 yılları arasında Dresden’de, tüplerde ısı ve momentum transferi çalışmasıyla profesör olan Mollier’in asistanı olarak çalıştı.

1915 yılında Nusselt en önemli makalesi olan “Isı Transferinin Temel Yasaları” başlıklı makalesini yayınladı.Diğer bilinen çalışmaları ise buharın dikey yüzeylerde film kaynaması, pülverize kömürün yanması, buharlaşmada ısı ve kütle transferinin anolojisidir. Nusselt’in ilk matematiksel çalışmaları arasında, çapraz akışlı ısı değiştiricileri için boruların giriş bölgelerindeki laminer ısı transferi çözümlemeleri ve rejenerasyonun temel teorisidir.

Wilhelm Nusselt, 1920 yılından 1925 yılına kadar Karlsruhe Teknik Üniversitesi’nde ve 1925 yılından 1952 yılında emekli olana kadar da Münih’te profesörlük yaptı. Nusselt, Gauss madalyası ve Grashof’u anma madalyası gibi çeşitli ödüllere de layık görüldü. Wilhelm Nusselt, 1 Eylül 1957 tarihinde Münih’te hayata gözlerini yumdu.

Nusselt Sayısı Nedir?

Wilhelm Nusselt’in ismiyle özdeşleşen ve akışkanlar mekaniği ve ısı transferinde çok önemli bir ifade olan Nusselt Sayısı, taşınım ile ısı transferinde boyutsuzlaştırma işleminin bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır. Boyutsuzlaştırma yani birimsizleştirme işlemi taşınım uygulamalarında değişken sayısını azaltmak için kullanılan bir yöntemdir. Isı transfer taşınım katsayısı olan h ise Nusselt Sayısı ile boyutsuzlaştırılır.

Nusselt sayısı da iletim ısı transfer katsayısı (k) ile taşınım ısı transfer katsayısı (h) arasındaki oran ile oluşturulur. Nu ile gösterilir ve aşağıdaki gibidir.

• L_c = Karakteristik uzunluk (m)
• h = Isı transfer taşınım katsayısı (W/m².K)
• k = Isı transfer iletim katsayısı (W/m.K)

Nusselt Sayısı Formül Çıkarımı

Nusselt sayısının ısı taşınım katsayısının, ısı iletim katsayısına oranı olduğunu belirtmiştik. Şimdi bu oranı formüller üzerinden uygulayarak Nusselt Sayısının çıkarımını sizlere gösterelim.

Nusselt sayısının fiziksel olarak önemini anlamanız için, uzunluğu L ve sıcaklık farkı ΔT = T₂ – T₁ olan bir akışkan tabakasını düşünelim. Bu akışkan tabakadaki ısı transferi, akışkan bir miktar hareket içerdiği zaman taşınımla, akışkan tabakası hareketsiz olduğunda da iletimle gerçekleşir. Her iki durumda da ısı akısı yani birim alan başına düşen ısı transfer hızı aşağıdaki gibi olur.

Nusselt sayısı, bir akışkan tabakası üzerinde ısı taşınımının, iletime oranının bir sonucu olarak, o akışkan tabakasındaki ısı transferinin iyileşmesini gösterir. Nu ne kadar büyük olursa, taşınım ile ısı transferi de o kadar büyük olur. Nusselt sayısının Nu=1 olması o tabaka içerisindeki ısı transferinin salt iletim ile olduğunu gösterir.

Nusselt Sayısı Günlük Yaşantı ile Anlatımı

Günlük hayatta Nusselt sayısını yükseltmeye çalışarak genellikle soğutma işlemlerini gerçekleştiririz. Örneğin, yaz günleri sıcakladığımızda vantilatöre başvururuz. Sıcak bir yemeği soğutmak istediğimizde üfleriz. Rüzgarlı bir kış günü olduğundan daha soğuk hissedilir. Elektronik cihazları soğutmak için çeşitli fan sistemlerini kullanılırız. Yapılan tüm bu işlemler aslında, Nusselt sayısını yükselterek, etkili bir soğutma yapmak.

Sonuç

Nusselt sayısı, ısı transferi hesaplamalarında büyük kolaylık sağlamıştır. İleri matematiksel denklem ifadelerinde değişken sayısı azaltılarak, bilgisayar analizlerinin daha kısa sürede etkili sonuç vermesi de sağlanmıştır. Bu sebepten ısı transfer ve akışkan uygulamalarında ve Wilhelm Nusselt ve Nusselt Sayısını unutmayın.

Kaynaklar

• Vikipedi
• Isı ve Kütle Transferi Pratik bir Yaklaşım-Yunus A. Çengel