İkİ katmanli tencere tabaninin isil analİzİ ve tasarimi

T.C.

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

İKİ KATMANLI TENCERE

TABANININ ISIL ANALİZİ VE

TASARIMI

BİTİRME PROJESİ

MEHMET ALİ CANPOLAT

SERHAT SAĞLAMCA

Projeyi Yöneten

Prof. Dr. Mehmet ZOR

Mayıs, 2011 İzmir

2

TEZ SINAV SONUÇ FORMU

Bu çalışma … / … / …. günü toplanan jürimiz tarafından BİTİRME PROJESİ

olarak kabul edilmiştir.

Yarıyıl içi başarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden ……… ( …………….…. ) dir.

Başkan Üye Üye

Makine Mühendisliği Bölüm Başkanlığına,

………………….. numaralı ………………… jürimiz tarafından … / … / …. günü

saat …da yapılan sınavda 100 (yüz) tam not üzerinden ……. almıştır.

Başkan Üye Üye

ONAY

3

TEŞEKKÜR

İki katmanlı tencere tabanının ısıl analizi projesinde bize Ansys programı hakkında

yardımlarını esirgemeyen araştırma görevlisi Mehmet Emin DENİZ ‘e ve Prof. Dr. Mehmet

ZOR ’a teşekkürlerimizi sunuyoruz.

Serhat SAĞLAMCA

Mehmet Ali CANPOLAT

4

ÖZET Katmanlı bir yapıda, metal plakanın bir tarafı düzensiz olarak ısıtılırken diğer

tarafında düzgün bir sıcaklık dağılımına ulaşmak istendiğinde ( çakma tabanlı

tencerelerde olduğu gibi) katmanlı yapının kalınlıkları üzerinde bir düzenlemeye gitmek

gerekir.

Isıl genleşme katsayıları farklı, iki malzemeden oluşmuş bir katmanlı silindirik

yapının, ortaya çıkacak sıcaklık değişimlerinde farklı genleşme göstermesi de üzerinde

çalışılması gereken önemli bir problemdir. Bu çalışmada, bu ana fikir etrafında bu

probleme çözüm arandı.

Bu amaçla katmanlı yapının ısıtılan tarafına değişen kalınlıklarda Cu/Al yerleştirildi.

Al/CrNi katmanlı yapısı Cu/CrNi katmanlı yapısına göre daha düşük ısı iletimi ve daha

yüksek sıcaklık gradyenti gösterdi.İki farklı metalin arayüzeyindeki ısıl gerilmeler de

imalatçının dikkatine sunuldu. Simülasyon sonucunda Cu/CrNi katmanlı yapısında

Al/CrNi katmanlı yapısına göre daha düzgün bir sıcaklık dağılımı ve daha düşük gerilme

değerleri ortaya çıktığı gözlendi. Bu amaç için sonlu elemanlar yöntemi (FEM) program

paketi; ANSYS kullanıldı.

5

İÇİNDEKİLER

Sayfa

1.GİRİŞ 8

1.1 Tencere Tabanının Ansys’te Modellenmesi 11 1.1.1 Eleman Tipi Seçimi 12 1.1.1.1 Axisymetric (Dönel Simetrik) Özelliği Atanması 13

1.1.2 Malzeme Özelliklerinin Girilmesi 14 1.1.2.1 Elastisite Modülü ve Poisson Oranının Girilmesi 15 1.1.2.2 Termal Genleşme Katsayısı’nın Girilmesi 16 1.1.2.3 Isı İletim Katsayısı’nın Girilmesi 17 1.1.3 Sıcaklık Birimi Seçimi 17 1.1.4 Keypoint’lerin Oluşturulması 18 1.1.5 Line Oluşturulması 18 1.1.6 Alan Oluşturulması 18 1.1.6.1 Çizgilerle Alan Oluşturulması 19 1.1.6.2 Ölçü Verilerek Alan Oluşturulması 19 1.1.7 Alanların Yapıştırılması 19 1.1.8 Malzeme Özelliklerinin Atanması 20 1.1.9 Mesh Boyutu Belirleme 20 1.1.10 Mesh Yapma 21 1.2 Yükleme Ve Sınır Şartlarının Girilmesi 21 1.2.1 Analiz Tipinin Belirlenmesi 21 1.2.2 “X” Yönünde Ankastre 22 1.2.3 Sıcaklık Yüklemesi 22 1.2.4 Taşnım Katsayısı ve Sıcaklığın Girilmesi 23 1.3 Çözdürme 24 2.SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME 25 2.1 Sıcaklık Dağılımları 25 2.1.1 Alüminyum Taban İçin Sıcaklık Dağılımları 25 2.1.2 Bakır Taban İçin Sıcaklık Dağılımları 27 2.1.3 Karşılaştırmalı Sıcaklık Grafikleri 29 2.2 Gerilme Dağılımları 31 2.2.1 Al (Alüminyum) İçin Gerilme Dağılımları 32 2.2.2 Cu (Bakır) İçin Gerilme Dağılımları 33 2.2.3 Karşılaştırmalı Gerilme Dağılımları 34 3.SONUÇLARIN YORUMLANMASI 36 4.KAYNAKLAR 37

6

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa

ŞEKİL 1.1 : ELEMAN TİPİ SEÇİMİ .................................................................................................... 10

ŞEKİL 1.2 : ELEMAN TİPİ ................................................................................................................ 10

ŞEKİL 1.3 : AXISYMETRIC ÖZELLİĞİ ................................................................................................ 11

ŞEKİL 1.4 : ELASTİSİTİE MODÜLÜ VE POİSSON ORANININ GİRİLMESİ ............................................ 13

ŞEKİL 1.5 : TERMAL GENLEŞME KATSAYISININ GİRİLMESİ ............................................................. 14

ŞEKİL 1.6 : ISI İLETİM KATSAYISININ GİRİLMESİ ............................................................................. 14

ŞEKİL 1.7 : SICAKLIK BİRİM SEÇİMİ ................................................................................................ 15

ŞEKİL 1.8 : KEYPOİNTLERİN OLUŞTURULMASI ............................................................................... 15

ŞEKİL 1.9 : ÇİZGİLERİN OLUŞTURULMASI ...................................................................................... 16

ŞEKİL 1.10 : ALAN OLUŞTURULMASI ............................................................................................... 16

ŞEKİL 1.11 : ÜST TABAN ALANININ EKLENMESİ............................................................................... 17

ŞEKİL 1.12 : GLUE KOMUTU İLE ALANLARIN YAPIŞTIRILMASI.......................................................... 17

ŞEKİL 1.13 : MESH ATTRİBUTES ...................................................................................................... 18

ŞEKİL 1.14 : MESH SİZE ................................................................................................................... 18

ŞEKİL 1.15 : MESH GÖRÜNTÜSÜ ..................................................................................................... 19

ŞEKİL 1.16 : ANALİZ TİPİ.................................................................................................................. 19

ŞEKİL 1.17 : “X” YÖNÜNDE ANKASTRE ............................................................................................ 20

ŞEKİL 1.18 : SICAKLIK YÜKLEMESİ ................................................................................................... 20

ŞEKİL 1.19 : TAŞINIM KATSAYISI VE SICAKLIĞIN GİRİLMESİ ............................................................. 21

ŞEKİL 1.20 : PARÇANIN YÜK VE SINIR ŞARTLARI GİRİLMİŞ HALİ ...................................................... 21

ŞEKİL 1.21 : SOLVE KOMUTU .......................................................................................................... 22

ŞEKİL 2.1 : AL 10MM SICAKLIK DAĞILIMI ........................................................................................ 23

ŞEKİL 2.2 : AL 8MM SICAKLIK DAĞILIMI .......................................................................................... 23

ŞEKİL 2.1 : AL 6MM SICAKLIK DAĞILIMI .......................................................................................... 24

ŞEKİL2.1 : AL 4MM SICAKLIK DAĞILIMI ........................................................................................... 24

ŞEKİL2.5 : CU 10MM SICAKLIK DAĞILIMI ........................................................................................ 25

ŞEKİL2.6 : CU 8MM SICAKLIK DAĞILIMI .......................................................................................... 25

ŞEKİL2.7 : CU 6MM SICAKLIK DAĞILIMI .......................................................................................... 26

ŞEKİL2.8 : CU 4MM SICAKLIK DAĞILIMI .......................................................................................... 26

ŞEKİL2.9: AL-CRNI TABAN SICAKLIK DAĞILIMI GRAFİĞİ .................................................................. 27

ŞEKİL2.10: CU-CRNI TABAN SICAKLIK DAĞILIMI GRAFİĞİ ................................................................ 27

7

ŞEKİL2.11: AL-CRNI CU-CRNI TABAN SICAKLIK DAĞILIMI GRAFİĞİ .................................................. 28

ŞEKİL2.12: CU 10MM GERİLME DAĞILIMI ....................................................................................... 30

ŞEKİL2.13: AL 10MM GERİLME DAĞILIMI ...................................................................................... .30

ŞEKİL2.14: AL-CRNI TABAN GERİLME GRAFİĞİ ................................................................................ 31

ŞEKİL2.15: CU-CRNI TABAN GERİLME GRAFİĞİ ............................................................................... 32

ŞEKİL2.16: AL-CRNI VE CU-CRNITABAN GERİLME GRAFİĞİ ............................................................. 33

8

GİRİŞ

Bir yüzeyinde düzgün olmayan bir sıcaklık dağılımına sahip düzlem bir levhanın diğer

yüzeyinde de düzgün bir sıcaklık dağılımının ortaya çıkması istendiğinde, katmanlı olarak

düşünülecek levhanın birden fazla malzeme çeşidinden oluşacak yapısında malzemeler arası

geometride bazı düzenlemelere gitmek gerekir. Bir sistemin ısıtılmasını gerektiren

durumlarda hem sistemi dolduran hemde sistemi sınırlayan malzemelerin ısıl

iletkenliklerinin yanında ısıl genleşme katsayıları sistemlerin modellenmesinde önemli bir

belirleyiciliğe sahiptir. Bir çok durumda düşük ısıl iletkenlikli malzemeler ısının iletilmesine

karşı koymasıyla bir direnç olarak karşımıza çıkar ve bu durumun ortaya çıktığı ısıl

sistemlerin tasarımında özellikle dikkate alınırlar.

Sözü edilen malzemelerin ısıl özelliklerinin yanı sıra mukavemet özellikleri de bunların

üretimlerinde sınırlayıcı etken olarak göz önüne alınır.Isıl genleşme katsayıları farklı iki

malzemeden oluşmuş bir katmanlı silindirik yapı ortaya çıkacak sıcaklık değişimlerinde

farklı genleşme gösterir. Bu genleşme katmanlı yapı arayüzeyinde gerilmeler doğuracaktır.

Tasarım aşamasında, arayüzey bu gerilmeleri taşıyacak yapıda düşünülmeli ve şekil

değişimleri de gözönünde bulundurulmalıdır. Aksi durumda, çakma tabanlı tencere

imalatçılarının ilk ürünlerinde karşılaştıkları, taban atma problemi benzeri durumlar ortaya

çıkacaktır. Bu yüzden imalatta termal genleşme katsayıları birbirine yakın malzemeler

kullanılması gerekir.

Her iki özelliği birden taşıyan yani; hem ısıl iletkenliği iyi olan hem de ısıl

genleşmelerden dolayı imalat zorluğu olmayan bir kompozisyon tasarlamak tasarımcının

temel sorunudur. Isının istenilen şekilde iletilmesinin zorluğu, kanatlı tip ısı değiştiricisi

kanat tasarımında ısının uç noktalara kadar iletilmesinde karşımıza çıktığı gibi, bir motor

9

bloğunda silindir içindeki yanmanın düzgün sıcaklık dağılımı sahip bir ortamda

gerçekleşmesinde ve bir yüzeyinden düzgün olmayan bir şekilde ısıtılan levhaların, çelik

tencere tabanlarında olduğu gibi, diğer yüzeylerinde düzgün bir sıcaklık dağılımına ulaşmada

da karşımıza çıkar . Bu güçlüğün giderilmesi için, ısı değiştiricisinin kanat geometrisinde

düzenlemelere gidilirken düzlem levhalarda veya benzer sistemlerde ısıtılmayan yüzeylerde

düzenli bir sıcaklık dağılımına ulaşmak için ısıtılan yüzeyde düzenli bir sıcaklık dağılımı

sağlanmaya çalışılır. Yapılan çalışmalarda etkin bir ısıl iletkenliğe ulaşabilmek için kompozit

malzemeler üzerinde araştırmalar yapılmış ve yeni malzeme yapıları belirlenmiş, ayrıca

katmanlı levhalar kullanılarak sıcaklık dağılımında sayısal optimizasyona gidilmiştir. Çelik

gibi malzemelerin ısının iletilmesine büyük direnç göstermesi ve bunun sonucunda kararlı

durumda ısının yayıldığı doğrultu üzerinde birbirine yakın noktalar arasında bile büyük

sıcaklık değişimleri doğurmasına karşılık bakır ve alüminyum gibi malzemeler ısının

iletilmesine fazlaca direnç göstermez ve birbirine uzak noktalar arasında bile düşük sıcaklık

değişimleri ortaya çıkar . Günümüz teknolojisinin, farklı malzemelerin bir arada kullanıldığı,

bir çok gelişmiş ürününde, bilgisayar işlemcilerinde olduğu gibi, düzgün sıcaklık dağılımı ve

oluşan ısının dışarı atılması önemli bir problemdir. Ayrıca farklı malzemelerin tabakalar

halinde kullanıldığı kompozit yapılarda düzgün sıcaklık dağılımı oluşacak gerilme ve şekil

değişimlerini yenme açısından incelenmiştir. Bakır ve dökme demirden oluşmuş katmanlı

silindirik yapı için eksenel ve eksene dik yönde ısı iletim değerleri bakır ve dökme demirin

farklı oranları için incelenmiş ve bu yapıya ait ısı iletim katsayıları

araştırılmıştır.Çalışmalarda, bakır ve 304 çeliği 12 MPa basınç altında ve 800 °C sıcaklıkta

30 dakika sıkıştırılarak difüzyon kaynaşması sağlanmıştır .

Farklı malzemelerin ısıl iletkenliklerinin farklılık gösteriyor olması temelde problem olsa

da, her iki malzemenin değişen kalınlıklarda kullanıldığı katmanlı yapıyla, malzemenin ısı

iletim katsayısı bakır ve alüminyum için iletim çelik için direnç değeri gösterdiği

düşünülerek oluşturulacak arayüzey düzenlemesiyle, ısıtılan yüzeye düzgün olmayan bir

10

sıcaklık dağılımı uygulanırken, ısıtılmayan yüzeyde nisbeten düzgün sıcaklık dağılımına

ulaşılabileceği düşüncesini destekler. Bu çalışmada bu anafikir etrafında çelik tencere

imalatçılarının temel problemlerinden birisi olan tencerenin taban alt yüzeyinde oluşan ısının

taban üst yüzeyine akması ve üst yüzeydeki sıcaklık dağılımının düzgünleştirilmesi problemi

incelendi. Ayrıca bu modelleme sonucu oluşan gerilme ve şekil değişimleri göz önünde

bulundurularak en uygun malzeme ve bu malzemeye ait kalınlık tespit edildi. Model olarak,

belirli bir kalınlıktaki düzlem bir silindirik levhanın bir yüzeyinden düzgün olmayan bir

şekilde sıcaklık uygulanırken diğer yüzeyinde düzgün bir sıcaklık dağılımına ulaşılmaya

çalışıldı. Bunun için Cu/CrNi ve Al/CrNi katmanlı yapılarının farklı kalınlıkları sonlu

elemanlar yöntemi (ANSYS) ile incelendi.

11

1.1 Tencere Tabanının Ansys’de Modellenmesi

Tencere tabanı 2 katmanlı olarak modellenecektir. Bunun için ANSYS 12 programı

kullanılacak ve dönel simetrik olarak(axysymetric) tasarlanacaktır. Bu yapı bize modelleme

de çok büyük kolaylık sağlayacağı gibi 3 boyutlu modellemeye gitmemizi gerektirmeyecek

ve bize zaman kazandıracaktır.

1.1.1 ELEMAN TİPİ SEÇİMİ

Main Menu > Preferences den Structural ve thermal i seçilir. OK basılır.

Main Menu > Preprocessor >Element Type>Add/Edit/Delete seçilir. Element

Type penceresinden Add.. e tıklanır. Library of Element Types penceresinden

coupled field ve quad 8 node 223 seçilir. OK basılır.

12

Şekil 1.1 Eleman tipi seçimi

Şekil 1.2 : Eleman Tipi

13

Axisymetric (dönel simetrik) Özelliği Atanması

Main Menu > Preprocessor >Element Type>Add/Edit/Delete seçildikten sonra options

menüsünden element behavior’u axisymetric seçilir.

Şekil 1.3 :Axisymetric özelliği

14

1.1.1 MALZEME ÖZELLİKLERİNİN GİRİLMESİ

Bakır ve Alüminyum için ısı iletim katsayısı sırasıyla;

kcu=386 (W/mK) ve kAl =190 (W/mK),

%18Cr, %8Ni içeren CrNi çeliği için ise kCr-Ni =16,3 W/(mK),

bu malzemeler için ısıl genleşme katsayıları sırasıyla;

acu= 1,66.10-5 1/ oC, aAl = 2.27.10-5 1/ oC, aCrNi=1.78.10-5 1/ oC

Elastisite Modülleri;

Ecu = 110GPa, EAl=70GPa, Ecr-Ni=200GPa

Poisson Oranları

ncu =0.29, nAl =0.28, ncr-Ni = 0.3

15

1.1.2.1Elastisite Modülü ve Poisson Oranı’nın Girilmesi

Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models >

Structural > Linear >Elastic > isotropic sekmesinden şekildeki değerler

girilir.

Şekil 1.4 :Elastisite Modülü ve Poisson Oranı’nın Girilmesi

16

1.1.2.2 Termal Genleşme Katsayısı’nın Girilmesi

Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural >

Thermal Expansion> Secant Coefficient>isotropic sekmesinden değerler girilir.

Şekil 1.5 : Termal Genleşme Katsayısı’nın Girilmesi

1.1.2.3 Isı İletim Katsayısı’ nın Girilmesi

Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models > Thermal >

Conductivity sekmesinden değerler girilir.

Şekil 1.6 : Isı İletim Katsayısı’ nın Girilmesi

17

1.1.3 SICAKLIK BİRİM SEÇİMİ

Main Menu > Preprocessor >Temperature units sekmesinden Celcius ayarlanır.

Şekil 1.7 : Sıcaklık Birim Seçimi

1.1.4 KEYPOİNT’LERİN OLUŞTURULMASI

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create> Keypoints>In active cs ‘den koordinatlar

metrik sisteme göre girilir ve line çizimi için uygun hale getirilir.

Şekil 1.8 : Keypoint’lerin Oluşturulması

18

1.1.5 Line Oluşturulması

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Straight Line komutuyla

keypointlere tıklayarak istediğimiz çizgiyi oluştururulur..

Şekil 1.9 : Çizgilerin Oluşturulması

1.1.6 ALAN OLUŞTURULMASI

1.1.6.1 Çizgilerle Alan Oluşturulması

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>By Lines sekmesiyle bütün

çizgileri seçerek ok’lenir ve alanımızı oluştururulur.

Şekil 1.10 : Alan Oluşturulması

19

1.1.6.2 Ölçü Verilerek Alan Oluşturulması

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions

komutuyla istediğimiz ölçüler girilerek (metrik sistemde) alanımızı oluştururuz.

Şekil 1.11 :Üst Taban Alanının Eklenmesi

1.1.7 ALANLARIN YAPIŞTIRILMASI

Main Menu>Preprocessor>Modeling>operate>Glue>Areas alanlar üstüne tıklanarak

seçilir ve ok’lenir.Artık parçalar birbirinden ayrılamaz.

Şekil 1.12 : Glue Komutu ile Alanların Yapıştırılması

20

1.1.8 MALZEME ÖZELLİKLERİNİN ATANMASI

Main Menu > Preprocessor>Meshing>Mesh Attiributes>Picked Areas komutuyla

özelliklerinin atanması için teker teker alanların üstüne tıklanır ve malzeme numarasına göre

seçim yapılır.

Şekil 1.13 : Mesh Attiributes

1.1.9 MESH BOYUTU BELİRLEME

Main Menu > Preprocessor>Meshing>Size Controls>Manuel Size>Global>Size

komutuyla istenilen mesh boyutu girilir.

Şekil 1.14 : Mesh Size

21

1.1.10 MESH YAPMA

Main Menu > Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free komutuna asıldıktan sonra

çıkan pencerede pick all seçeneği tıklanarak mesh işlemi tamamlanır.

Şekil 1.15 :Mesh Görüntüsü

1.2 YÜKLEME VE SINIR ŞARTLARININ GİRİLMESİ

1.2.1 Analiz Tipinin Belirlenmesi

Main Menu >Solution>Analysis type> New analysis komutundan çıkan pencereden

steady state seçeneği tıklanır.

Şekil 1.16 : Analiz Tipi

22

1.2.2 “X “ YÖNÜNDE ANKASTRE

Main Menu > Preprocessor> Solution>Define Loads>Structural>Displacement>On

Lines komutuyla ankastre yapılacak sınır seçilir ve ok’e basılır.

Şekil 1.17 : X yönünde Ankastre

1.2.3 SICAKLIK YÜKLEMESİ

Main Menu > Preprocessor> Solution>Define Loads>Settings>Uniform temperature

sekmesinden malzemenin ilk sıcaklığı girilir ve daha sonra Main Menu > Preprocessor>

Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Lines komutuyla istenilen

sıcaklık çizgiye yüklenir.

Şekil 1.18 : Sıcaklık Yüklemesi

23

1.2.4 TAŞINIM KATSAYISI VE SICAKLIĞIN GİRİLMESİ

MainMenu>Preprocessor>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Convection>On

Lines sekmesinden malzeme ile dış ortam arasındaki taşınım katsayısı metrik sisteme uygun

olarak girilir ve dış ortam sıcaklığı girilir.

Şekil 1.19 : Taşınım Katsayısı ve Sıcaklığın girilmesi

Şekil 1.20 : Parçanın Yük ve Sınır Şartları Girilmiş Hali

24

1.3 Çözdürme

Main Menu > Preprocessor> Solution> Solve> Current LS’ye basılır ve analizin çözümü

yaptırılır.Bu işlem mesh sayısına ve büyüklüğüne göre biraz vakit alabilir.

Şekil 1.21 : Solve Komutu

25

2. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME

2.1 SICAKLIK DAĞILIMLARI

2.1.1 Alüminyum Taban İçin Sıcaklık Dağılımları

Şekil 2.1 : Al 10mm Sıcaklık Dağılımı

Şekil 2.2 : Al 8mm Sıcaklık Dağılımı

26

Şekil 2.3 : Al 6mm Sıcaklık Dağılımı

Şekil 2.4 : Al 4mm Sıcaklık Dağılımı

27

2.1.2 Bakır Taban İçin Sıcaklık Dağılımları

Şekil 2.5 : Cu 10mm Sıcaklık Dağılımı

Şekil 2.6 : Cu 8mm Sıcaklık Dağılımı

28

Şekil 2.7 : Cu 6mm Sıcaklık Dağılımı

Şekil 2.8 : Cu 4mm Sıcaklık Dağılımı

29

2.1.3 Karşılaştırmalı Sıcaklık Grafikleri

Şekil 2.9 : Al-CrNi Taban Sıcaklık Dağılımı Grafiği

Şekil 2.10 : Cu-CrNi Taban Sıcaklık Dağılım Grafiği

30

Şekil 2.11 : Cu-CrNi ve Al-CrNi Taban Sıcaklık Dağılım Grafiği

31

10 mm taban kalınlıklı Al/CrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yüzey sıcaklık

dağılımlarına bakıldığında en üst ve en alt sıcaklık değerleri 293°C ve 115°C ve bunlar

arasındaki fark 178°C iken, Cu/CrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen yüzey sıcaklık

dağılımlarına bakıldığında en üst ve en alt sıcaklık değerleri 314°C ve 156°C ve bunlar

arasındaki fark 158°C çıkmaktadır. Bu durumda Cu/CrNi, Al/CrNi göre hem sıcaklık

gradyenti açısından daha düşük bir değer gösterirken hem de ortalama sıcaklığı yaklaşık

30°C yukarı çekmektedir.

Al/CrNi ile Cu/CrNi katmanlı yapısı için aynı şartlarda elde edilmiş yüzey sıcaklık

değerlerinin karşılaştırması verilmiştir. Çok farklı ısıl iletkenliklere sahip olan CrNi çeliği ve

Cu’nun geometrik yapıda uygun bir şekilde kullanılması, ısıtılmayan yüzeyde düzgün olarak

kabul edilebilecek bir sıcaklık dağılımının elde edilmesiyle sonuçlanmıştır. Her ne kadar

elde edilen bu değerler saf bakırla elde edilen yüzey sıcaklık değerlerine ulaşamamışsa da

CrNi çeliğine göre bu ortalama yüzey sıcaklığı daha yüksek değere çekilmiştir. Bu ise,

ısıtılan yüzeydeki daha düşük sıcaklık değerleri için suyla temas halinde olan yüzeyde CrNi

çeliğine göre daha iyi sonuçlar elde edilmesi demektir.

32

2.2 GERİLME DAĞILIMLARI

2.2.1 Al (alüminyum) İçin Gerilme Dağılımları

Şekil 2.12 : Al 10mm Gerilme Dağılımı

Şekil 2.14 : Al-CrNi Taban Gerilme Grafiği

33

2.2.2 Cu (bakır) İçin Gerilme Dağılımları

Şekil 2.13 : Cu 10mm Gerilme Dağılımı

Şekil 2.15 : Cu-CrNi Taban Gerilme Grafiği

34

2.2.3 Karşılaştırmalı Gerilme Dağılımları

Şekil 2.16 : Al-CrNi ve Cu-CrNi Taban Gerilme Grafiği

35

Ortaya çıkan gerilme ve şekil değişimlerinin önüne geçmek için, tasarım safhasında

arayüzey geometrisi dikkate alınmalıdır. Ele alınan arayüzey geometrileri Şekilde verilen

gerilmeleri ortaya çıkarmaktadır. İki farklı malzeme, bu gerilmeleri taşıyacak bir yöntemle

birleştirilmeli ve ortaya çıkan şekil değişimleri de gözönünde bulundurulmalıdır. Aksi

durumda, Termik tabanlı tencere imalatçılarının alüminyum taban çaktıklar ilk ürünlerinde

karşılaştıkları taban atma problemi benzeri durumlar ortaya çıkacaktır. Şu an kullanılan

alüminyum tabanlı tencereler yerine bakır taban kullanılması durumunda yukarıda sözü

geçen iyileşmelerin ortaya çıkacağı açıktır. Bunun yanında şekillerde verilen gerilme

değerlerine bakarak şunu söyleyebiliriz: Al taban için en düşük gerilme değeri 6 mm taban

kalınlığında ortaya çıkmaktadır. Bu değer Cu taban için en düşük gerilmenin ortaya çıktığı

10 mm kalınlıktaki gerilme değerinden oldukça yüksektir.

36

3. SONUÇLARIN YORUMLANMASI Sonuç olarak; 10 mm tabanlı, Cu/CrNi katmanlı yapısı; gerilme değerleri açısından en küçük gerilme değerlerini vermekte, düşük gerilme değerlerinden dolayı en düşük şekil değişimine maruz kalmakta,

yüzey sıcaklık dağılımı olarak en düşük gradyenti vermekte

ve son olarak en yüksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır.

Bu durumda, kullanılan alüminyum taban yerine bakır taban kullanılması bir kez daha

gözden geçirilmelidir.Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen

maliyeti arttıracaktır. Maliyet faktörü de göz önünde bulundurularak optimizasyon çalışması

yapılabilir.

Teorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerçeğe daha fazla yakınlaştırmak için

nasıl bir yöntem izlenebilir denilirse; Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık ölçümleri alınır. Analizlerde aynı noktanın

sıcaklığı ile karşılaştırılır. Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım

katsayılarında düzeltmeler yapılır. Böylece sıcaklık dağılımı açısından gerçeğe en yakın

sonuçlar elde edilir. Hatta bu ölçümler malzemelerin ısıl özelliklerinde olabilecek hataları

bile elimine eder. Zira bu özellikleri girmemizin amacı sıcaklık dağılımının elde edilmesidir.

37

4.KAYNAKLAR

ANSYS, The general purpose finite element software, (version 6.1). Houston, TX:

Swanson Analysis Systems, Inc.

MAKİNE TEKNOLOJİLERİ DERGİSİ, Cilt 7, (2004), Sayı 4, 599-604 AYATA

Tahir.

Halıcı, F., Gündüz, M., “Örneklerle Isı Geçişi”, Sakarya, 1997.

http://www.me.berkeley.edu/~lwlin/me128/class/ANSYS2.pdf

http://www.ndsu.edu/me/images/Kallmeyer/477/Transient%20Thermal%20Example

.pdf

http://www1.ansys.com/customer/content/documentation/130/ans_the.pdf