ÇELİK TENCERE TABANI DİZAYNI Kaynak: TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR – Makine Teknolojileri DERGİSİ, Cilt 7, (2004), Sayı 4, 599-604
Jan 12, 2016
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Kaynak TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR ndash Makine Teknolojileri DERGİSİ Cilt 7 (2004) Sayı 4 599-604
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 1-PROBLEMİN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI
Tencere Tabanı 2 farklı malzemeden imal edilmektedir
3
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
1-PROBLEMİN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI
Tencere Tabanından beklenen 2 oumlnemli oumlzellik
1 - Tencere Isıtıldığı zaman iccedil taban yuumlzeyine (2 nolu malzemenin uumlst yuumlzeyi) yeterli ısı iletiminin geccedilmesi ve yeterince homojen bir sıcaklık dağılımının sağlanması istenir Bu oumlzellik kalınlıklarla ve ısıl oumlzelliklerle (kcp) yakından ilgilidir
2 ndashTencere tabanında ccedilarpılma veya taban atması gibi problemlerin olmaması istenir
Tamir
Yeni bir tencere dizaynı yapılırken bu 2 noktaya oumlzellikle dikkat edilir
4
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
1-PROBLEMİN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI
Soru Tencere tabanı niccedilin 2 farklı malzemeden imal edilir
Cevap Tencere iccedilinde homojen bir sıcaklığı dağılımı elde etmek iccedilin bu şekilde imal edilir Uumlstteki 2 nolu malzemenin ısı iletim katsayısı 1 nolu malzemeye nazaran ccedilok daha duumlşuumlk seccedililir Boumlylece alttan gelen ısı akısı 2 nolu malzeme tarafından kolayca geccedilemediğinden arayuumlzeyde ve 1 nolu malzeme iccedilinde homojen olarak yayılır Bu şekilde 2 nolu malzemenin tuumlm boumllgelerinden yukarı doğru muumlmkuumln olduğu kadar eşit ısı akısı geccedilirilmesi amaccedillanır
Problemin Tanımı Tencere Dizaynı iccedilin tencerelerde farklı değişkenlerin Taban Atması Problemine ve homojen sıcaklık dağılımına etkilerinin tespit edilmesi
5
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 2-PROBLEMİN MUumlHENDİSLİK ACcedilISINDAN SEBEPLERİNİN TARTIŞILMASI VE BELİRLENMESİ
-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1 ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar
-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde olmamasından kaynaklanır
-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır
Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır
-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır
Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir
6
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 3-a) İnceleme Alternatifleri
1İnceleme Alternatifi
1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı 2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi yapılabilir
2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)
7
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
3-b) İnceleme Şekline Karar Verilmesi
Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
8
Isı Transferi
Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir
Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur
T1 gt T2
Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir
T1 T2
qrdquo
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
9
Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır
Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır
TS
qrdquo
Hareketli akışkanT
Ts gt T
T2
T1
q1rdquo
q2rdquo
Daha detaylı Bilgi iccedilin
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 1-PROBLEMİN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI
Tencere Tabanı 2 farklı malzemeden imal edilmektedir
3
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
1-PROBLEMİN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI
Tencere Tabanından beklenen 2 oumlnemli oumlzellik
1 - Tencere Isıtıldığı zaman iccedil taban yuumlzeyine (2 nolu malzemenin uumlst yuumlzeyi) yeterli ısı iletiminin geccedilmesi ve yeterince homojen bir sıcaklık dağılımının sağlanması istenir Bu oumlzellik kalınlıklarla ve ısıl oumlzelliklerle (kcp) yakından ilgilidir
2 ndashTencere tabanında ccedilarpılma veya taban atması gibi problemlerin olmaması istenir
Tamir
Yeni bir tencere dizaynı yapılırken bu 2 noktaya oumlzellikle dikkat edilir
4
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
1-PROBLEMİN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI
Soru Tencere tabanı niccedilin 2 farklı malzemeden imal edilir
Cevap Tencere iccedilinde homojen bir sıcaklığı dağılımı elde etmek iccedilin bu şekilde imal edilir Uumlstteki 2 nolu malzemenin ısı iletim katsayısı 1 nolu malzemeye nazaran ccedilok daha duumlşuumlk seccedililir Boumlylece alttan gelen ısı akısı 2 nolu malzeme tarafından kolayca geccedilemediğinden arayuumlzeyde ve 1 nolu malzeme iccedilinde homojen olarak yayılır Bu şekilde 2 nolu malzemenin tuumlm boumllgelerinden yukarı doğru muumlmkuumln olduğu kadar eşit ısı akısı geccedilirilmesi amaccedillanır
Problemin Tanımı Tencere Dizaynı iccedilin tencerelerde farklı değişkenlerin Taban Atması Problemine ve homojen sıcaklık dağılımına etkilerinin tespit edilmesi
5
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 2-PROBLEMİN MUumlHENDİSLİK ACcedilISINDAN SEBEPLERİNİN TARTIŞILMASI VE BELİRLENMESİ
-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1 ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar
-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde olmamasından kaynaklanır
-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır
Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır
-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır
Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir
6
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 3-a) İnceleme Alternatifleri
1İnceleme Alternatifi
1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı 2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi yapılabilir
2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)
7
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
3-b) İnceleme Şekline Karar Verilmesi
Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
8
Isı Transferi
Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir
Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur
T1 gt T2
Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir
T1 T2
qrdquo
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
9
Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır
Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır
TS
qrdquo
Hareketli akışkanT
Ts gt T
T2
T1
q1rdquo
q2rdquo
Daha detaylı Bilgi iccedilin
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
3
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
1-PROBLEMİN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI
Tencere Tabanından beklenen 2 oumlnemli oumlzellik
1 - Tencere Isıtıldığı zaman iccedil taban yuumlzeyine (2 nolu malzemenin uumlst yuumlzeyi) yeterli ısı iletiminin geccedilmesi ve yeterince homojen bir sıcaklık dağılımının sağlanması istenir Bu oumlzellik kalınlıklarla ve ısıl oumlzelliklerle (kcp) yakından ilgilidir
2 ndashTencere tabanında ccedilarpılma veya taban atması gibi problemlerin olmaması istenir
Tamir
Yeni bir tencere dizaynı yapılırken bu 2 noktaya oumlzellikle dikkat edilir
4
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
1-PROBLEMİN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI
Soru Tencere tabanı niccedilin 2 farklı malzemeden imal edilir
Cevap Tencere iccedilinde homojen bir sıcaklığı dağılımı elde etmek iccedilin bu şekilde imal edilir Uumlstteki 2 nolu malzemenin ısı iletim katsayısı 1 nolu malzemeye nazaran ccedilok daha duumlşuumlk seccedililir Boumlylece alttan gelen ısı akısı 2 nolu malzeme tarafından kolayca geccedilemediğinden arayuumlzeyde ve 1 nolu malzeme iccedilinde homojen olarak yayılır Bu şekilde 2 nolu malzemenin tuumlm boumllgelerinden yukarı doğru muumlmkuumln olduğu kadar eşit ısı akısı geccedilirilmesi amaccedillanır
Problemin Tanımı Tencere Dizaynı iccedilin tencerelerde farklı değişkenlerin Taban Atması Problemine ve homojen sıcaklık dağılımına etkilerinin tespit edilmesi
5
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 2-PROBLEMİN MUumlHENDİSLİK ACcedilISINDAN SEBEPLERİNİN TARTIŞILMASI VE BELİRLENMESİ
-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1 ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar
-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde olmamasından kaynaklanır
-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır
Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır
-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır
Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir
6
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 3-a) İnceleme Alternatifleri
1İnceleme Alternatifi
1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı 2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi yapılabilir
2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)
7
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
3-b) İnceleme Şekline Karar Verilmesi
Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
8
Isı Transferi
Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir
Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur
T1 gt T2
Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir
T1 T2
qrdquo
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
9
Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır
Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır
TS
qrdquo
Hareketli akışkanT
Ts gt T
T2
T1
q1rdquo
q2rdquo
Daha detaylı Bilgi iccedilin
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
4
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
1-PROBLEMİN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI
Soru Tencere tabanı niccedilin 2 farklı malzemeden imal edilir
Cevap Tencere iccedilinde homojen bir sıcaklığı dağılımı elde etmek iccedilin bu şekilde imal edilir Uumlstteki 2 nolu malzemenin ısı iletim katsayısı 1 nolu malzemeye nazaran ccedilok daha duumlşuumlk seccedililir Boumlylece alttan gelen ısı akısı 2 nolu malzeme tarafından kolayca geccedilemediğinden arayuumlzeyde ve 1 nolu malzeme iccedilinde homojen olarak yayılır Bu şekilde 2 nolu malzemenin tuumlm boumllgelerinden yukarı doğru muumlmkuumln olduğu kadar eşit ısı akısı geccedilirilmesi amaccedillanır
Problemin Tanımı Tencere Dizaynı iccedilin tencerelerde farklı değişkenlerin Taban Atması Problemine ve homojen sıcaklık dağılımına etkilerinin tespit edilmesi
5
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 2-PROBLEMİN MUumlHENDİSLİK ACcedilISINDAN SEBEPLERİNİN TARTIŞILMASI VE BELİRLENMESİ
-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1 ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar
-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde olmamasından kaynaklanır
-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır
Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır
-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır
Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir
6
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 3-a) İnceleme Alternatifleri
1İnceleme Alternatifi
1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı 2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi yapılabilir
2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)
7
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
3-b) İnceleme Şekline Karar Verilmesi
Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
8
Isı Transferi
Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir
Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur
T1 gt T2
Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir
T1 T2
qrdquo
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
9
Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır
Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır
TS
qrdquo
Hareketli akışkanT
Ts gt T
T2
T1
q1rdquo
q2rdquo
Daha detaylı Bilgi iccedilin
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
5
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 2-PROBLEMİN MUumlHENDİSLİK ACcedilISINDAN SEBEPLERİNİN TARTIŞILMASI VE BELİRLENMESİ
-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1 ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar
-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde olmamasından kaynaklanır
-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır
Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır
-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır
Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir
6
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 3-a) İnceleme Alternatifleri
1İnceleme Alternatifi
1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı 2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi yapılabilir
2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)
7
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
3-b) İnceleme Şekline Karar Verilmesi
Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
8
Isı Transferi
Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir
Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur
T1 gt T2
Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir
T1 T2
qrdquo
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
9
Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır
Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır
TS
qrdquo
Hareketli akışkanT
Ts gt T
T2
T1
q1rdquo
q2rdquo
Daha detaylı Bilgi iccedilin
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
6
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI 3-a) İnceleme Alternatifleri
1İnceleme Alternatifi
1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı 2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi yapılabilir
2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)
7
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
3-b) İnceleme Şekline Karar Verilmesi
Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
8
Isı Transferi
Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir
Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur
T1 gt T2
Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir
T1 T2
qrdquo
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
9
Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır
Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır
TS
qrdquo
Hareketli akışkanT
Ts gt T
T2
T1
q1rdquo
q2rdquo
Daha detaylı Bilgi iccedilin
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
7
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
3-b) İnceleme Şekline Karar Verilmesi
Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
8
Isı Transferi
Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir
Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur
T1 gt T2
Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir
T1 T2
qrdquo
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
9
Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır
Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır
TS
qrdquo
Hareketli akışkanT
Ts gt T
T2
T1
q1rdquo
q2rdquo
Daha detaylı Bilgi iccedilin
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
8
Isı Transferi
Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir
Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur
T1 gt T2
Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir
T1 T2
qrdquo
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
9
Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır
Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır
TS
qrdquo
Hareketli akışkanT
Ts gt T
T2
T1
q1rdquo
q2rdquo
Daha detaylı Bilgi iccedilin
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
9
Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır
Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır
TS
qrdquo
Hareketli akışkanT
Ts gt T
T2
T1
q1rdquo
q2rdquo
Daha detaylı Bilgi iccedilin
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
10
Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi
Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey gerilmeleri hesaplanabilir
PTPT 2211
22
11
EA
LPLT
EA
LPLT
21
2121 )(
EAE
EETP
A
P 21
Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi
Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlzkonusudur Bu durumda sonlu eleman analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 8 adımda sonuccedillar mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
11
Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler
veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir
1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından ccedilıkarılan maddenin soğuması )
2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)
Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
12
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir
1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar
a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir
2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa
b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir
Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir
Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı deformasyonlara da bağlıdır
Ccediluumlnkuuml
Ccediluumlnkuuml
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
13
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir suumlrede ulaşılır
4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir
5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına () ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez
6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
14
Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir
Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek daha doğrudur ve kolaydır
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI4-Konuya Hakimiyet iccedilin Temel ve Teorik Bilgiler
Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
15
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar
51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde yarı model kurulabilir
Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir
Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
16
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
6- BDM Analiz Girdileri
61 Sonlu Eleman Modellerinin Kurulması
İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık olduğundan alt ve uumlst alanlar arayuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
17
OumlRNEK 3 - TENCERE TABANI DİZAYNI
62 ndash Sınır Şartları ve Yuumlkleme
-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır
(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)
-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun sıcaklığı 100 0C alınmıştır
-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)
-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur
6- BDM Analiz Girdileri
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
18
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI6- BDM Analiz Girdileri
64 Malzeme Oumlzellikleri
Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)
18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)
bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla
cu16610-5 1 oC Al22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC
Elastisite ModuumllleriEcu = 110GPa EAl=70GPa Ecr-Ni=200GPa
Poisson Oranlarıcu =029 Al =028 cr
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
19
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve
Analizlerin Yapılması
Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak steady ndash state analizleri yapılır
Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su bulunduğunu duumlşuumlneceğiz
Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım
-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir
-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır
Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
20
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
21
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
22
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Soru-1 Sonuccedillar Mantıklı mı
Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
- Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması
-Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az olması
-Kalınlık arttıkccedila tencere iccedil yuumlzeyindeki sıcaklıkların azalması mantıklıdır
-Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde
Diğer
-Gerilmelerin arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması mantıklıdır
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
23
Soru 2- Sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme
a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz
b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir
2-Diğer destekleme youmlntemleri
SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir
Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
24
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
8-Sonuccedillar ve Değerlendirme
Sonuccedilların Yorumlanması
-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir
-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
25
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI
9- Ccediloumlzuumlm Geliştirme
Yapılan ccedilalışma ile birlikte tencerelerin taban atma problemine ccediloumlzuumlm oumlnerileri de sunulmuş olmaktadır
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer
26
CcedilELİK TENCERE TABANI DİZAYNI10-YARGILAR BİLİM ve UYGULAMAYA KATKILAR
Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı 1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır
1-Bu durumda aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha avantajlı goumlzuumlkmektedir
2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir
Diğer