Bu makalemizde kahve kabının ısıtıcı üzerinde unutulması sonucunda oluşan sıcaklık değerinin teorik hesaplaması ve SOLIDWORKS Simulation ile gerçekleştirilen termal analiz sonuçlarının karşılaştırılması yapılmıştır.

Problemin Tanımlanması

Isıtıcının kahve kabının altında yaklaşık olarak 20 Watt ısı sağladığını kabul edip, çevredeki havanın sıcaklığı 25 derece, ısı transferi katsayısının h= 15 W/m²K alarak, cam kaptaki sıcaklık dağılımı incelenecektir. Kahve kabının şekli silindirik olup, çapı 14 cm, yüksekliği 14 cm ve cam kalınlığı 3 mm olarak verilmektedir.

Problemin Teorik Olarak Çözümlenmesi

^{Kap ince camdan yapıldığından dolayı, camdaki diğer yönlerde olan sıcaklık değişimini ihmal edebiliriz. Sürekli rejim şartları altında, cam kabın altına eklenen ısı akısı yaklaşık olarak hava tarafından kaptan taşınan ısıya eşittir. Dolasıyla, Newton’ın soğutma yasasını uygulayabiliriz.}

q”=h(T_s-T_f)                                                (1)

q”= Isı akısı, W/m²

h= Isı transfer katsayısı, W/m²K

T_s= Kahve kabının yüzey sıcaklığı, ⁰C

T_f= Çevredeki hava sıcaklığı, ⁰C

Kabın alt yüzeyine olan ısı akısı hesaplanması ;

q”=(20W)/( (π/4)x(0.14)²)= 1299W/m²

Isı akısı,h ve T_f değerleri Denklem (1)’ de yerine koyarak, T_S‘yi hesaplayabiliriz.

1299 W/m² = ( 15W/m⁰C)x(T_s-25)

T_s = 111,6 ⁰C  olarak hesaplanmıştır.

Problemin SOLIDWORKS Simulation Termal Analiz Metodu ile Hesaplanması

SOLIDWORKS programında sadece cam kap tasarımı üzerinde analiz çalışması gerçekleştirilmiştir.

Malzeme Bilgisi

Sınır Koşullar

Modelin alt yüzeyinden ısı gücü tanımlaması yapılmıştır.

Problemde belirtilen çevre sıcaklığı ve taşınım katsayısı değeri girilmiştir.

Bu modelde hacim eleman kullanılarak mesh gerçekleştirilmiştir. Yüksek kalite mesh uygulanmıştır. 59842 düğüm(node), 29782 eleman ile mesh atılmıştır. Mesh detayları aşağıdaki görselde gösterilmiştir.

Analiz Sonuçları

Kahve cam kabının SOLIDWORKS termal sıcaklık analizi sonucunda sıcaklık 115,66 ⁰C olarak hesaplanmıştır.

Yapılan termal analiz sonucuna göre teorik hesaplama ile arasındaki fark %3,5’tur. Böylelikle incelenen sistem matematiksel olarak hesaplanmıştır ve analiz işlemleri gerçekleştirilerek doğrulama gerçekleştirilmiştir.

SOLIDWORKS Simulation Professional paket ile termal analizi gerçekleştirerek modelinizin sıcaklık dağılımlarını detaylı inceleyebilirsiniz.

Kaynak : SONLU ELEMANLAR ANALİZİ – SAEED MOAVENI