Kahve Makinesinin SOLIDWORKS Simulation ile Termal Analizi

0
79

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.

SOLIDWORKS Programında Tasarlanan Kahve Makinesi
SOLIDWORKS Programında Tasarlanan Kahve Makinesi

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(Ts-Tf)                                                (1)

q”= Isı akısı, W/m2

h= Isı transfer katsayısı, W/m2K

Ts= Kahve kabının yüzey sıcaklığı, 0C

Tf= 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 Tf değerleri Denklem (1)’ de yerine koyarak, TS‘yi hesaplayabiliriz.

1299 W/m2 = ( 15W/m0C)x(Ts-25)

Ts = 111,6 0C  olarak hesaplanmıştır.

Problemin SOLIDWORKS Simulation Termal Analiz Metodu ile Hesaplanması

SOLIDWORKS programında sadece cam kap tasarımı üzerinde analiz çalışması gerçekleştirilmiştir.

Cam Kap Modeli
Cam Kap Modeli

 

Malzeme Bilgisi

Cam Kabın Malzeme Özellikleri
Cam Kabın Malzeme Özellikleri

Sınır Koşullar

Modelin alt yüzeyinden ısı gücü tanımlaması yapılmıştır.

Kabın Alt Yüzeyine Isı Gücü Tanımının Yapılması
Kabın Alt Yüzeyine Isı Gücü Tanımının Yapılması

Problemde belirtilen çevre sıcaklığı ve taşınım katsayısı değeri girilmiştir.

Taşınım Katsayısı ve Çevre Sıcaklığının Tanımlanması
Taşınım Katsayısı ve Çevre Sıcaklığının Tanımlanması

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

Mesh Bilgisi

Analiz Sonuçları

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

Cam Kabın Sıcaklık Dağılımı
Cam Kabın Sıcaklık Dağılımı
          0CTeorik  Hesaplama FEA (SOLIDWORKS Termal Analiz )
Cam Kabın Sıcaklık Dağılımı111,6115,66

 

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

SOLIDWORKS Simulation hakkında detaylı bilgi almak için ürün sayfasını ziyaret edebilirsiniz:
SOLIDWORKS SIMULATION EXPERT- SOLIDWORKS MECHANICAL EXPERT- SOLIDWORKS BETA TESTER

YANIT VER

Mesajınızı yazın
Adınızı buraya girin