Son güncelleme: 04.04.2023

SOLIDWORKS’te tasarlanan bir odanın camının iç yüzey sıcaklığını 3DEXPERIENCE Platform ile birlikte gelen SIMULIA Structural Designer rolü ile termal analizini gerçekleştireceğiz. Ayrıca modelin teorik olarak hesaplamasını yaparak analiz sonucu ile karşılaştırma yapacağız.

Problemin Belirlenmesi

Yüksekliği 0.8m,genişliği 1.5m, kalınlığı 8mm ve ısı iletkenliği k=0.78 W/m.K olan bir cam modelini ele alacağız. Dış ortam sıcaklığı -10 derece iken oda sıcaklığı bir gün boyunca 20 derecede tutulduğunda camın iç yüzey sıcaklığının (T₁) matematiksel olarak ve termal analiz yardımıyla bu sıcaklığı hesaplayacağız.

Pencerenin iç yüzeyinde verilen ısı transfer katsayısı   : h₁=10 W/m^2oC

Pencerenin dış yüzeyinde verilen ısı transfer katsayısı : h₂=40 W/m^2oC

Problemin Matematiksel Çözümü

Bu problem cam pencerede ısı iletimi ve yüzeylerinde taşınım içermektedir.

Hesaplanacak değerler;

-Pencerenin Alanı

-İç,dış ortam ve camın dirençleri

-Toplam direnç

-Isı transfer hızı

-Pencerenin iç yüzey sıcaklığıdır.

Pencerenin Alanı = 0.8mx1.5m=1.2m²‘dir.

Dirençler şu şekilde hesaplanır;

R_i=R_taşınım,1= (1/ h₁A)=(1/(10 W/m^2oCx1.2m²))=0.08333^oC/W

R_cam=(L/kA)= (0.008m/(0.78W/m^oCx1.2m²))=0.00855^oC/W

R_o=R_taşınım,2= (1/ h₂A)=(1/(40 W/m^2oCx1.2m²))=0.02083^oC/W

Toplam Direnç şu şekilde hesaplanır;

Üç direnç seri bağlı olduğundan toplam direnç,

R_toplam=R_taşınım,1 + R_cam + R_taşınım,2 = 0.08333+0.00855+0.02083 = 0.1127^oC/W

Isı Transfer Hızı

Penceredeki sürekli ısı transfer hızı şöyle olur;

Ó=(T_∞1-T_∞2)/ R_toplam = (20-(-10))^oC/ (0.1127^oC/W)=266W

Pencerenin İç Yüzey Sıcaklığı

Isı transfer hızının hesaplanmasıyla pencere camının iç yüzey sıcaklığı şu şekilde bulunur;

Ó  =(T_∞1-T₁)/ R_taşınım,1

T₁  = T_∞1-ÓR_taşınım,1

T₁  = 20^oC-(266W)x(0.08333^oC/W)

T₁  = -2.2^oC

Problemin Structural Designer Rolü ile Hesaplanması

İlgili modeli 3DEXPERIENCE Platform bilgisayar uygulamasına ekledikten sonra Structural Designer içinde yer alan Linear Structural Validation uygulaması ile termal analizi gerçekleştireceğiz.

3DEXPERIENCE SIMULIA Rolleri içine model ekleme ve açma ile ilgili işlemler için SIMULIA Rolleri Arayüz ve Model Açma makalemizi inceleyebilirsiniz.

Program içerisinde yer alan asistan sayesinde analiz adımlarını aşama aşama takip edebilirsiniz.

Isıl iletkenliği k=0.78 W/mK olan CAM malzemesinin tanımlanmıştır.

Camın iç ve dış yüzeyine taşınım katsayılarının tanımlanması gerekecektir. Aşağıda örnek olarak iç yüzeye taşınım katsayısının nasıl verileceği gösterilmiştir. Dış yüzeye ait taşınım katsayısını benzer yöntemle verebilirsiniz.

Structural Designer rolü içerisinde modele mesh otomatik olarak tanımlanmaktadır. Ancak manuel olarak atılan mesh boyutunu değiştirebiliyoruz. Dilerseniz bu aşamayı geçerek doğrudan analizi çözdürme işlemi de yapabilirsiniz.

Tanımlamalar sonrasında analizi çözdürme işlemini gerçekleştirebilirsiniz.

Analiz çözümleme işlemi bilgisayarda yer alan 4 çekirdek ile sağlanmaktadır. Token satın alınıp bulut teknolojisinden yararlanarak daha hızlı çözdürme işlemi gerçekleştirilebilir.

Camın iç yüzey sıcaklığı T₁= -2,18 derece çıkmaktadır.

Yapılan termal analizde teorik sonuçlar ile hesaplanan değer arasındaki fark %1 kadar çıkmıştır. Böylelikle incelenen sistem matematiksel olarak hesaplanmıştır ve analiz işlemleri gerçekleştirilerek doğrulama gerçekleştirilmiştir.

3DEXPERIENCE ile birlikte gelen SIMULIA rolleri ile birlikte bulut üzerinde SOLIDWORKS ile tasarladığınız modellerin analizlerini SIMULIA ürününün yeteneklerini kullanarak analiz edebilirsiniz.

Kaynaklar

1. Isı ve Kütle Transferi- Yunus A.ÇENGEL