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.
![SOLIDWORKS'te Tasarlanan Oda Modeli](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/Kar-Tanesi-min.gif)
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/m2oC
Pencerenin dış yüzeyinde verilen ısı transfer katsayısı : h2=40 W/m2oC
![Problemin Şematik Gösterimi](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/Problem-1-300x179.png)
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;
Ri=Rtaşınım,1= (1/ h1A)=(1/(10 W/m2oCx1.2m2))=0.08333oC/W
Rcam=(L/kA)= (0.008m/(0.78W/moCx1.2m2))=0.00855oC/W
Ro=Rtaşınım,2= (1/ h2A)=(1/(40 W/m2oCx1.2m2))=0.02083oC/W
Toplam Direnç şu şekilde hesaplanır;
Üç direnç seri bağlı olduğundan toplam direnç,
Rtoplam=Rtaşınım,1 + Rcam + Rtaşınım,2 = 0.08333+0.00855+0.02083 = 0.1127oC/W
Isı Transfer Hızı
Penceredeki sürekli ısı transfer hızı şöyle olur;
Ó=(T∞1-T∞2)/ Rtoplam = (20-(-10))oC/ (0.1127oC/W)=266W
Pencerenin İç Yüzey Sıcaklığı
Isı transfer hızının hesaplanmasıyla pencere camının iç yüzey sıcaklığı şu şekilde bulunur;
Ó =(T∞1-T1)/ Rtaşınım,1
T1 = T∞1-ÓRtaşınım,1
T1 = 20oC-(266W)x(0.08333oC/W)
T1 = -2.2oC
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.
![SIMULIA Linear Structural Validation](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/2022-03-27_17h52_16.png)
3DEXPERIENCE SIMULIA Rolleri içine model ekleme ve açma ile ilgili işlemler için SIMULIA Rolleri Arayüz ve Model Açma makalemizi inceleyebilirsiniz.
![Analiz Türünün Termal Olarak Seçilmesi](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/2022-03-27_17h44_24.png)
Program içerisinde yer alan asistan sayesinde analiz adımlarını aşama aşama takip edebilirsiniz.
![Program İçerisinde Yer Alan Asistanın Görünümü](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/2022-03-27_18h01_08-min.png)
Isıl iletkenliği k=0.78 W/mK olan CAM malzemesinin tanımlanmıştır.
![CAM Malzemesinin Mekanik Özellikleri](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/2022-03-27_18h20_10.png)
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.
![Camın İç Yüzey Taşınım Katsayısının Verilmesi](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/2022-03-27_19h02_08-min.png)
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.
![Otomatik Olarak Tanımlanan Mesh Değerini Değiştirme](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/2022-03-27_18h35_43-min.png)
Tanımlamalar sonrasında analizi çözdürme işlemini gerçekleştirebilirsiniz.
![Analiz Çözdürme İşlemi](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/2022-03-27_18h40_17-min.png)
Analiz çözümleme işlemi bilgisayarda yer alan 4 çekirdek ile sağlanmaktadır. Token satın alınıp bulut teknolojisinden yararlanarak daha hızlı çözdürme işlemi gerçekleştirilebilir.
![Analizin 4 Çekirdek Kullanılarak Çözdürülmesi](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/Ekran-Alintggisi.png)
Camın iç yüzey sıcaklığı T1= -2,18 derece çıkmaktadır.
![Analiz Sonuçları](https://blog.tekyaz.com/wp-content/uploads/2022/03/sonuclar.png)
Teorik Hesaplama | FEA (Structural Designer) | |
Camın İç Yüzey Sıcaklığı(oC) | -2,20 | -2,18 |
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
- Isı ve Kütle Transferi- Yunus A.ÇENGEL