Mühendislik Termodinamiği · 2. Ünite: Saf Maddelerin Özellikleri
Termodinamik Özellik Tablolarının Kullanımı
Suyun, soğutucu akışkanların ve diğer saf maddelerin özelliklerini hesaplamak için tablolar kullanılır; çünkü bu maddelerin hâli basit bir cebirsel denklemle ifade edilemez. Bu konuda doymuş su tablolarını (sıcaklık ve basınç bazlı), kızgın buhar tablosunu ve sıkıştırılmış sıvı için yaklaşımları kullanmayı öğrenirsin: verilen iki bağımsız özellikten hâli belirler, kuruluk (x) bulur, doğrusal interpolasyon yaparsın. Sonunda bir problemde "hangi tablo, hangi satır, hangi bağıntı?" sorusunu sistematik biçimde yanıtlayabilirsin.
Öğrenme hedefleri
- Verilen iki bağımsız özellikten (T–P, P–v, P–h, T–v, P–x) suyun hâlini sıkıştırılmış sıvı, doymuş karışım ya da kızgın buhar olarak belirler ve uygun tabloyu seçer.
- Doymuş karışımda x = (y − y_f)/y_fg bağıntısıyla kuruluğu hesaplar; karışımın v, u, h, s değerlerini bulur.
- Kızgın buhar tablosundan okuma ve doğrusal interpolasyon (tek ve çift) yaparak v, u, h, s özelliklerini bulur; interpolasyon hatasının nedenini açıklar.
- Sıkıştırılmış sıvı için v ≈ v_f@T, u ≈ u_f@T ve h ≈ h_f@T + v_f(P − P_doy) yaklaşımlarını uygular; geçerlilik sınırlarını yorumlar.
- Rijit kap ve piston–silindir problemlerinde özgül hacmi V/m ile hesaplayıp kütle dağılımını ve faz hacimlerini belirler.
Konu anlatımı
Bağlam: Neden Tablolar?
Doymuş Su Tabloları (A-4 ve A-5)
Doymuş Karışım ve Kuruluk
Kızgın Buhar Tablosu ve İnterpolasyon (A-6)
Sıkıştırılmış Sıvı (A-7) ve Yaklaşımlar
Çözümlü Örnekler
Simülasyonda Dene
Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Doymuş su tabloları (A-4, A-5)
- Doyma sıcaklığı ya da basıncına göre doymuş sıvı (f) ve doymuş buhar (g) özelliklerini veren tablolar.
- Kızgın buhar tablosu (A-6)
- Sabit basınçlarda sıcaklığa göre v, u, h, s değerlerini veren tablo; ilk satırı doymuş buhardır.
- Sıkıştırılmış sıvı yaklaşımı
- v ≈ v_f@T, u ≈ u_f@T ve h ≈ h_f@T + v_f(P − P_doy@T): sıvının basınca az duyarlı olması varsayımı.
- Kuruluk (x)
- Doymuş karışımda buharın kütle oranı; x = (y − y_f)/y_fg ile hesaplanır.
- Doğrusal interpolasyon
- Tabloda olmayan bir değeri komşu iki satır arasında doğrusal olarak tahmin etme yöntemi.
- Çift interpolasyon
- Hem T hem P tablo satırları arasındaysa önce bir değişkende iki kez, sonra diğerinde bir kez yapılan interpolasyon.
- Referans hâli
- Tablolarda u_f = s_f = 0 olarak seçilen hâl (su için üçlü nokta, 0,01 °C); yalnızca özellik farkları fiziksel anlam taşır.
- Özgül hacim v = V/m
- Rijit kap ve piston–silindir problemlerinde tablo girişi için kullanılan hacim/kütle oranı.
Örnek soru
P = 200 kPa ve h = 1800 kJ/kg olan suyun kuruluğu kaçtır? (200 kPa: h_f = 504,7; h_fg = 2201,6; h_g = 2706,2 kJ/kg)
- 0,41
- 0,48
- 0,59
- 0,67
- Karışım değil, kızgın buhar; x tanımsız
Doğru cevap: C
Çözüm
1. $h_f = 504{,}7 < h = 1800 < h_g = 2706{,}2$: hâl doymuş karışım.
2. $x = \dfrac{h - h_f}{h_{fg}} = \dfrac{1800 - 504{,}7}{2201{,}6} = 0{,}588 \approx 0{,}59$.
Sonuç: 0,59 (C). $x = h/h_g = 0{,}665$ (D) $h_f$'yi atlamaktır; $(h - h_f)/h_g = 0{,}479$ (B) paydada $h_{fg}$ yerine $h_g$ kullanmaktır; $(h_g - h)/h_{fg} = 0{,}412$ (A) ise kuruluk yerine sıvı oranını hesaplamaktır.