32
ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR – Makine Teknolojileri DERGİSİ, Cilt 7, (2004), Sayı 4, 599-604

ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

  • Upload
    others

  • View
    15

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

CcedilELİK TENCERE TABANI TASARIMI

Kaynak TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR ndash Makine Teknolojileri DERGİSİ

Cilt 7 (2004) Sayı 4 599-604

1- İNCELEME FAALİYETLERİ

Tencere Tabanı 2 farklı malzemeden imal edilmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

3

Tencere Tabanından beklenen 2 oumlnemli oumlzellik

1 - Tencere Isıtıldığı zaman iccedil taban yuumlzeyine (2

nolu malzemenin uumlst yuumlzeyi) yeterli ısı iletiminin

geccedilmesi yeterince yuumlksek değerlerde homojen bir

sıcaklık dağılımının sağlanması istenir Bu oumlzellik

kalınlıklarla ve ısıl oumlzelliklerle (kr cp) yakından

ilgilidir

2 ndashTencere tabanında ccedilarpılma veya taban atması

gibi problemlerin olmaması istenir

Tamir Yeni bir tencere dizaynı yapılırken bu 2

noktaya oumlzellikle dikkat edilir

1- İNCELEME FAALİYETLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4

Soru Tencere tabanı niccedilin 2 farklı malzemeden imal edilir

Cevap Tencere iccedilinde homojen bir sıcaklığı dağılımı elde etmek iccedilin bu şekilde imal edilir Uumlstteki 2

nolu malzemenin ısı iletim katsayısı 1 nolu malzemeye nazaran ccedilok daha duumlşuumlk seccedililir Boumlylece

alttan gelen ısı akısı 2 nolu malzemeden kolayca geccedilemediğinden arayuumlzeyde ve 1 nolu malzeme

iccedilinde homojen olarak yayılır Bu şekilde 2 nolu malzemenin tuumlm boumllgelerinden yukarı doğru

muumlmkuumln olduğu kadar eşit ısı akısı geccedilirilmesi amaccedillanır

1- İNCELEME FAALİYETLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

5

2- İNCELEME TOPLANTILARI

-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1

ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri

arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve

poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar

-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde

olmamasından kaynaklanır

-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır

Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az

genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir

Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır

-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır

Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

6

1İnceleme Alternatifi

1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı

2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme

sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve

sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu

hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi

yapılabilir

2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

7

Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından

seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2

farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10

farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

8

3- İnceleme Raporu

1-2 adımlarında yapılan faaliyetleri tartışmaları ve alınan kararları

iccedilerecek şekilde bir inceleme raporu hazırlanmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

9

Isı Transferi

Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur

T1 gt T2

Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir

T1 T2

qrdquo

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 2: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

1- İNCELEME FAALİYETLERİ

Tencere Tabanı 2 farklı malzemeden imal edilmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

3

Tencere Tabanından beklenen 2 oumlnemli oumlzellik

1 - Tencere Isıtıldığı zaman iccedil taban yuumlzeyine (2

nolu malzemenin uumlst yuumlzeyi) yeterli ısı iletiminin

geccedilmesi yeterince yuumlksek değerlerde homojen bir

sıcaklık dağılımının sağlanması istenir Bu oumlzellik

kalınlıklarla ve ısıl oumlzelliklerle (kr cp) yakından

ilgilidir

2 ndashTencere tabanında ccedilarpılma veya taban atması

gibi problemlerin olmaması istenir

Tamir Yeni bir tencere dizaynı yapılırken bu 2

noktaya oumlzellikle dikkat edilir

1- İNCELEME FAALİYETLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4

Soru Tencere tabanı niccedilin 2 farklı malzemeden imal edilir

Cevap Tencere iccedilinde homojen bir sıcaklığı dağılımı elde etmek iccedilin bu şekilde imal edilir Uumlstteki 2

nolu malzemenin ısı iletim katsayısı 1 nolu malzemeye nazaran ccedilok daha duumlşuumlk seccedililir Boumlylece

alttan gelen ısı akısı 2 nolu malzemeden kolayca geccedilemediğinden arayuumlzeyde ve 1 nolu malzeme

iccedilinde homojen olarak yayılır Bu şekilde 2 nolu malzemenin tuumlm boumllgelerinden yukarı doğru

muumlmkuumln olduğu kadar eşit ısı akısı geccedilirilmesi amaccedillanır

1- İNCELEME FAALİYETLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

5

2- İNCELEME TOPLANTILARI

-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1

ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri

arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve

poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar

-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde

olmamasından kaynaklanır

-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır

Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az

genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir

Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır

-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır

Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

6

1İnceleme Alternatifi

1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı

2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme

sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve

sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu

hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi

yapılabilir

2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

7

Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından

seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2

farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10

farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

8

3- İnceleme Raporu

1-2 adımlarında yapılan faaliyetleri tartışmaları ve alınan kararları

iccedilerecek şekilde bir inceleme raporu hazırlanmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

9

Isı Transferi

Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur

T1 gt T2

Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir

T1 T2

qrdquo

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 3: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

3

Tencere Tabanından beklenen 2 oumlnemli oumlzellik

1 - Tencere Isıtıldığı zaman iccedil taban yuumlzeyine (2

nolu malzemenin uumlst yuumlzeyi) yeterli ısı iletiminin

geccedilmesi yeterince yuumlksek değerlerde homojen bir

sıcaklık dağılımının sağlanması istenir Bu oumlzellik

kalınlıklarla ve ısıl oumlzelliklerle (kr cp) yakından

ilgilidir

2 ndashTencere tabanında ccedilarpılma veya taban atması

gibi problemlerin olmaması istenir

Tamir Yeni bir tencere dizaynı yapılırken bu 2

noktaya oumlzellikle dikkat edilir

1- İNCELEME FAALİYETLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4

Soru Tencere tabanı niccedilin 2 farklı malzemeden imal edilir

Cevap Tencere iccedilinde homojen bir sıcaklığı dağılımı elde etmek iccedilin bu şekilde imal edilir Uumlstteki 2

nolu malzemenin ısı iletim katsayısı 1 nolu malzemeye nazaran ccedilok daha duumlşuumlk seccedililir Boumlylece

alttan gelen ısı akısı 2 nolu malzemeden kolayca geccedilemediğinden arayuumlzeyde ve 1 nolu malzeme

iccedilinde homojen olarak yayılır Bu şekilde 2 nolu malzemenin tuumlm boumllgelerinden yukarı doğru

muumlmkuumln olduğu kadar eşit ısı akısı geccedilirilmesi amaccedillanır

1- İNCELEME FAALİYETLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

5

2- İNCELEME TOPLANTILARI

-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1

ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri

arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve

poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar

-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde

olmamasından kaynaklanır

-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır

Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az

genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir

Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır

-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır

Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

6

1İnceleme Alternatifi

1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı

2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme

sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve

sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu

hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi

yapılabilir

2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

7

Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından

seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2

farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10

farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

8

3- İnceleme Raporu

1-2 adımlarında yapılan faaliyetleri tartışmaları ve alınan kararları

iccedilerecek şekilde bir inceleme raporu hazırlanmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

9

Isı Transferi

Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur

T1 gt T2

Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir

T1 T2

qrdquo

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 4: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

4

Soru Tencere tabanı niccedilin 2 farklı malzemeden imal edilir

Cevap Tencere iccedilinde homojen bir sıcaklığı dağılımı elde etmek iccedilin bu şekilde imal edilir Uumlstteki 2

nolu malzemenin ısı iletim katsayısı 1 nolu malzemeye nazaran ccedilok daha duumlşuumlk seccedililir Boumlylece

alttan gelen ısı akısı 2 nolu malzemeden kolayca geccedilemediğinden arayuumlzeyde ve 1 nolu malzeme

iccedilinde homojen olarak yayılır Bu şekilde 2 nolu malzemenin tuumlm boumllgelerinden yukarı doğru

muumlmkuumln olduğu kadar eşit ısı akısı geccedilirilmesi amaccedillanır

1- İNCELEME FAALİYETLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

5

2- İNCELEME TOPLANTILARI

-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1

ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri

arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve

poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar

-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde

olmamasından kaynaklanır

-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır

Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az

genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir

Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır

-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır

Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

6

1İnceleme Alternatifi

1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı

2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme

sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve

sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu

hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi

yapılabilir

2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

7

Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından

seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2

farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10

farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

8

3- İnceleme Raporu

1-2 adımlarında yapılan faaliyetleri tartışmaları ve alınan kararları

iccedilerecek şekilde bir inceleme raporu hazırlanmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

9

Isı Transferi

Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur

T1 gt T2

Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir

T1 T2

qrdquo

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 5: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

5

2- İNCELEME TOPLANTILARI

-Cevap Ccedilarpılma ve taban atma probleminin en oumlnemli sebebi arayuumlzey gerilmeleridir 1

ve 2 nolu malzemelerin ısıl genleşme katsayıları arasındaki uyumsuzluk yani şiddetleri

arasındaki fark bu gerilmelerin artmasında en oumlnemli roluuml oynar Elastiklik moduumllleri ve

poisson oranları arasındaki farkın artması da arayuumlzey gerilmelerinin artmasına yol accedilar

-Homojen olmayan sıcaklık dağılımı ise oumlzellikle k ısı iletim katsayılarının yeterli seviyelerde

olmamasından kaynaklanır

-Soru Bu oumlzellikler arasındaki farkın artması niccedilin gerilmeleri arttırır

Cevap Isıl genleşme katsayısı yuumlksek olan malzeme daha fazla duumlşuumlk olan ise daha az

genleşmek isteyecektir Birbirleriyle bağlı olduklarından birbirinin hareketini engelleyecektir

Farkın artması daha fazla zorlanma anlamına geleceğinden gerilmeler artacaktır

-Her iki probleme etki eden başka bir faktoumlr ise malzeme kalınlıklarıdır

Soru Taban atması ve ccedilarpılmanın en oumlnemli sebepleri nelerdir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

6

1İnceleme Alternatifi

1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı

2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme

sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve

sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu

hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi

yapılabilir

2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

7

Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından

seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2

farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10

farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

8

3- İnceleme Raporu

1-2 adımlarında yapılan faaliyetleri tartışmaları ve alınan kararları

iccedilerecek şekilde bir inceleme raporu hazırlanmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

9

Isı Transferi

Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur

T1 gt T2

Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir

T1 T2

qrdquo

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 6: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

6

1İnceleme Alternatifi

1 nolu malzemeyi farklı kalınlıklarda ve farklı

2 malzemeden seccedilebiliriz 2 nolu malzeme

sabit alınabilir Bu şekilde ısıl gerilmeler ve

sıcaklık dağılımlarını karşılaştırarak 1 nolu

hacim iccedilin en iyi kalınlık ve malzeme seccedilimi

yapılabilir

2- İnceleme Alternatifi (Tartışma Platformu)

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

7

Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından

seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2

farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10

farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

8

3- İnceleme Raporu

1-2 adımlarında yapılan faaliyetleri tartışmaları ve alınan kararları

iccedilerecek şekilde bir inceleme raporu hazırlanmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

9

Isı Transferi

Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur

T1 gt T2

Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir

T1 T2

qrdquo

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 7: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

7

Karar 1 İnceleme Alternatifi ile Problem İncelenecektir

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından

seccedililebilir 1 nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2

farklı malzemeden (Cu veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10

farklı analiz yapılıp birbirleriyle karşılaştırılacaktır Tencerenin iccedilinde su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

2- İNCELEME TOPLANTILARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

8

3- İnceleme Raporu

1-2 adımlarında yapılan faaliyetleri tartışmaları ve alınan kararları

iccedilerecek şekilde bir inceleme raporu hazırlanmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

9

Isı Transferi

Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur

T1 gt T2

Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir

T1 T2

qrdquo

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 8: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

8

3- İnceleme Raporu

1-2 adımlarında yapılan faaliyetleri tartışmaları ve alınan kararları

iccedilerecek şekilde bir inceleme raporu hazırlanmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

9

Isı Transferi

Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur

T1 gt T2

Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir

T1 T2

qrdquo

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 9: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

9

Isı Transferi

Isı sıcaklık farkından dolayı hareket halinde olan enerjidir Sıcaklık farkı olan her ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerccedilekleşir Isı transferi prosesleri uumlccedil değişik tipte olur

T1 gt T2

Hareketsiz bir ortamda sıcaklık gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi iccedilin iletim (konduumlksiyon) terimi kullanılır Ortam akışkan veya katı olabilir

T1 T2

qrdquo

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 10: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

10

Farklı sıcaklıklarda olan bir yuumlzey ve hareketli bir akışkan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (konveksiyon) terimi ile tanımlanır

Sonlu sıcaklığa sahip tuumlm yuumlzeyler elektromagnetik dalgalar halinde enerji yayarlar Farklı sıcaklıklardaki iki yuumlzey arasında net ısı transferi yuumlzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerccedilekleşir Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olarak tanımlanır

TS

qrdquo

Hareketli akışkan T

Ts gt T

T2

T1

q1rdquo

q2rdquo

Daha detaylı Bilgi iccedilin httpkisideuedutrmehmetzorBDMfaydalidokumanlarisitransferippt

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 11: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

PTPT 2211

2

2

1

1

EA

LPLT

EA

LPLT

21

2121 )(

EAE

EETP

11

Soru Arayuumlzey gerilmeleri teorik olarak hesaplanabilir mi

Cevap Sistemin sıcaklığı homojen olarak arttırılmış olursa bir şerit eleman iccedilin arayuumlzey

gerilmeleri hesaplanabilir

A

P 21

Soru Tencere tabanı iccedilin bu teorik hesaplamalar kullanılabilir mi

Cevap Tam olarak kullanılamaz Zira tencerede homojen olmayan sıcaklık dağılımı soumlz konusudur Bu durumda sonlu eleman

analiziyle oumlnce sıcaklık dağılımını bulmak sonra şekil değişimi ve gerilmeleri hesaplamak gerekir Bununla birlikte bu teorik

hesaplamalarla sonlu eleman ccediloumlzuumlmleri arasında ccedilok buumlyuumlk fark olmaması gerekir Teorik sonuccedillar 11 adımda sonuccedillar

mantıklı mı sorusuna bir cevap teşkil edebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 12: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

12

Genelde ısı transferi olan bir sistemin sıcaklığı başlangıccedilta belli bir suumlre

değişir daha sonra kararlı (stabil) hale gelir Problemin tipine goumlre

sıcaklığın değiştiği veya stabil olduğu suumlre boyunca oluşan gerilmeler

veya diğer sonuccedillar daha kritik durum arz edebilir Hangi periyod daha

kritik durum arz ediyorsa ona uygun analiz tipi seccedililir

1-Zamana Bağlı (Transient) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının

sıcaklığı birbirlerinden farklı olabilir ve zamanla değişir (Oumlrnek bir fırından

ccedilıkarılan maddenin soğuması )

2- Kararlı Rejim-(Zamana Bağlı Olmayan Steady-State) Isıl Analiz Sistemin herbir noktasının sıcaklığı

farklı olsa bile zamanla değişmez (Oumlrnek iccedilinden sıcak akışkan geccedilen boru)

Genelde 2 farklı ısıl analiz tipinden bahsedilebilir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 13: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

13

Bu iki Analiz tipi arasındaki oumlnemli farklar şu şekilde sıralanabilir

1-Oumlzellikle ara geccediliş adımlarında kritik durumların ortaya ccedilıkması

soumlzkonusu olduğunda mutlaka Transient Analiz yapılmalıdır Bu

ise daha ccedilok soğuma problemlerinde ortaya ccedilıkar

a-Yuumlklemeler elastik sınırlar iccedilinde kalmak şartıyla stabil durumdaki

gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin ısınma

problemlerinde kararlı rejim (steady-state) analizi soğuma problemlerinde

zamana bağlı analiz (transient) tercih edilmelidir

2-Gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde gerilmeler veya

şekil değiştirmeler accedilısından en kritik durumun sıcaklıkların stabil

hale geldiği son durum olduğu oumlnceden tahmin edilmiş ise ve sadece

bu durumun incelenmesi yeterli goumlruumlluumlyorsa

b-Yuumlklemeler plastik boumllgeye geccediliyorsa stabil durumdaki gerilme veya şekil değiştirmelerin elde edilebilmesi iccedilin

gerek ısınma gerekse soğuma problemlerinde transient analiz tipi tercih edilmelidir

Isınma problemlerinde son durumdaki sıcaklık dağılımının tanımlanması o andaki gerilme ve şekil değiştirmeleri

hesaplamak iccedilin yeterlidir Ancak soğuma problemlerinde son durumdaki sıcaklıklar oda sıcaklığı ile eşit

olacağından bu sıcaklıkların tanımlanması o andaki gerilme dağılımının sebebi değildir

Kalıcı deformasyonlar izlenen yola bağlıdır Yani cismin son haldeki deformasyonu zaman iccedilinde uğradığı

deformasyonlara da bağlıdır

Ccediluumlnkuuml

Ccediluumlnkuuml

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 14: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

14

3- Genelde transient analizin son adımındaki değerler kararlı-rejim analizindeki değerlere eşittir Ancak

oumlzellikle soğuma problemlerinde bu son adım teorik olarak sonsuzda elde edilebilir Ayrıca son adıma

kararlı rejim analiziyle ccedilok kolay ve hızlı ulaşılmasına rağmen transient analizle daha zor ve uzun bir

suumlrede ulaşılır

4-Transient Analizde incelenen cismin veya sistemin bir başlangıccedil sıcaklığı (To) programa girilmelidir

Steady-State analizinde ise programın işleme başlaması ve ilk adımda iterasyon yapabilmesi iccedilin

herhangi bir referans sıcaklığına (Tref) ihtiyaccedil vardır Referans sıcaklığı başlangıccedil sıcaklığına ne kadar

yakın ise analiz o kadar hızlı sonuccedil verir

5-Transient analizde stedy-state analizdeki tuumlm malzeme oumlzelliklerinden başka ayrıca malzemelerin

oumlzguumll ısı (cp) ve yoğunluklarına (r) ihtiyaccedil vardır Steady-State analizlerde bu oumlzellikler gerekmez

6-Tuumlm bu noktalar ve problemin tipine goumlre oumlzel durumlar iyice irdelenmeli ve ısıl analiz tipi

başlangıccedilta doğru olarak tespit edilmelidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 15: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

15

Soru Tencere Taban dizaynı probleminde hangi Analiz Tipi seccedililmelidir

Cevap Tencere kısa bir suumlre sonra kararlı rejime ulaşır

ve sıcaklık dağılımı sabit kalır Bizim iccedilin kararlı

durumdaki sıcaklık dağılımı oumlnemlidir

Bu bir ısınma problemidir Ayrıca en buumlyuumlk şekil

değiştirme ve gerilmeler son durumda oluşacaktır

Yuumlkleme elastik sınırlar iccedilinde kabul edilir Kararlı rejim

halindeki sıcaklık dağılımının girilmesi ile bu son haldeki

gerilmeler ve şekil değiştirmeler elde edilebilir

O halde 2a maddesinde de izah edildiği gibi problemi

kararlı rejim (steady-state) ısıl analizi olarak ccediloumlzmek

daha doğrudur ve kolaydır

Gerilmeler plastik boumllgeye geccedilip geccedilmediği analizler sonunda kontrol edilir Oumlnemli seviyelerde

plastik boumllgeye geccediliş varsa ve uygulamalarda da bu şekilde ise bu durumda 2b maddesinde

izah edildiği gibi transient analiz yapılmalıdır

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı İnceleme Aşaması

4- TEMEL BİLGİLERİN GOumlZDEN GECcedilİRİLMESİ

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 16: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

16

5- BDM Accedilısından Yapılabilecek Kolaylıklar

51 Model Malzeme Yuumlkleme ve Sınır Şartları Tencere eksenine goumlre doumlnel simetriktir

Bu durumda problem 2 boyuta indirgenebilir y doumlnel simetri eksenine goumlre duumlzlemde

yarı model kurulabilir

Ancak burada en oumlnemli nokta doumlnel simetrik (axisymetric) eleman tipinin mesh yaparken

kullanılmasıdır Bu eleman tipinin kullanılması ile model doumlnel simetrik olarak algılanır Aksi

halde duumlzlemde bir alanın ccediloumlzuumlmuuml yapılmış olur ki bu da yanlış sonuccedillara ulaşmamız demektir

Model Malzeme Yuumlk ve Sınır şartlarından herhangi birisi bile doumlnel simetrik olmazsa

duumlzleme indirgeme işlemi yapılamaz ve 3 boyutlu ccediloumlzuumlme gidilmesi gerekir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 17: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

17

6-GEOMETRİK MODELİN KURULMASI

İki malzeme birbiriyle tamamen yapışık

olduğundan alt ve uumlst alanlar ara

yuumlzeyde ortak bir ccedilizgiye sahiptir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

7- ELEMANLARA AYIRMA (Meshing)

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 18: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

18

a ndash Sınır Şartları b- Yuumlkleme

-Su ve ccedilevre ile temas eden yuumlzeylerde 2 farklı taşınım katsayısı tanımlanır

(Değerleri teorik olarak ve yaklaşık hesaplanabilir)

-Her iki katmanın Referans sıcaklığı 20 oC ortam sıcaklığı yine 20 oC kaynayan suyun

sıcaklığı 100 0C alınmıştır

-Ocakla temas eden kısma 500 oC lik bir sıcaklık uygulanır (yuumlkleme)

-Simetri yan yuumlzeyindeki duumlğuumlmler x ekseni doğrultusunda tutulur

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 19: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

19

c- Malzeme Oumlzellikleri

Bakır ve Aluumlminyum iccedilin ısı iletim katsayısı sırasıyla

kcu=386 (WmK) ve kAl =190 (WmK)

18Cr 8Ni iccedileren CrNi ccedileliği iccedilin ise kCr-Ni =163 W(mK)

bu malzemeler iccedilin ısıl genleşme katsayıları sırasıyla

cu 16610-5 1 oC Al 22710-5 1 oC CrNi=17810-5 1 oC

Elastisite Moduumllleri

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

Poisson Oranları

ncu =029 nAl =028 ncrNi 03

8- BDM ANALİZ GİRDİLERİ

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 20: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

20

Bu malzeme oumlzellikleri sınır şartları ve yuumlkleme kurulan 10 farklı modele uygulanarak

steady ndash state analizleri yapılır

Tencere iccedilinde kalan 2 nolu katman 2mm kalınlığında CrNi alaşımından seccedililebilir 1

nolu alttaki dış katman ise 5 farklı kalınlıkta (246810mm) ve 2 farklı malzemeden (Cu

veya Al) seccedililebilir Bu alternatiflere uygun 52=10 farklı analiz yapılıp birbirleriyle

karşılaştırılacaktır Kararlı rejim halinde iken tencerenin iccedilinde kaynayan su

bulunduğunu duumlşuumlneceğiz

Karar verilen inceleme şeklini hatırlayalım

-Analize başlamadan Steady-State analiz tipinin tercih edilmesi gerekir

-Modelleme yapılan eleman tipinin axismetric oumlzelliği olmalıdır Programda bu tercih

edilmesi istenebilir Oumlrneğin Ansysrsquote plane 82 elemanının Real-Constant

oumlzelliklerinde axisymetric tercihi yapılır

Tuumlm malzeme oumlzelliklerinin referans sıcaklığının ortam sıcaklıklarının girilmesi

gerekir Birimlerin birbirleriyle uyumlu olmasına dikkat edilmelidir

9- ANALİZ PROGRAM AYARLARI

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 21: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

21

10ADIM - Ccediloumlzuumlm

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

Solve veya benzer bir komutla programın otomatik ccediloumlzuumlm yapması sağlanır

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 22: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

22

Tencere tabanında sıcaklık

dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- İLK ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

Tencere tabanında gerilme

dağılımı

Oumlncelikle Cu CrNi 10mm tabanlı tencerenin analizleri yapılmış sonuccedillar incelenmiştir

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 23: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

23

Soru-1 İlk sonuccedillar mantıklı mı

Cevap Sıcaklık dağılımları accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Maksimum sıcaklığın ısıtma sıcaklığını aşmaması

Maksimum sıcaklıkların ısıtma boumllgesinde ccedilıkması

Isıtma boumllgesinden en uzak kısımlarda sıcaklıkların daha az

olması mantıklıdır

Gerilme Dağılımı accedilısından duumlşuumlnduumlğuumlmuumlzde

Diğer

Gerilmelerin akma gerilmesini aşmaması

arayuumlzeyde daha fazla ccedilıkması

ısıtma boumllgesine yakın kısımlarda daha fazla

ccedilıkması mantıklıdır

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 24: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

24

Soru 2- İlk sonuccedilların gerccedileğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim

1-Deneysel Oumllccediluumlmlerle destekleme

a-Tencere tabanının farklı yerlerinden oumllccediluumllecek sıcaklık değerlerini

analizlerdeki değerlerle karşılaştırabiliriz

b-Alt Tabanın farklı noktalarına yerleştirilecek sıcaklığa dayanıklı strain-

gage ler (birim uzama oumllccedilerler) kullanılarak gerilmeler hesaplanabilir ve

analizlerdeki sonuccedillarla karşılaştırılabilir

2-Diğer destekleme youmlntemleri

SoruTeorik hesaplamalarla bulunan taşınım katsayılarının gerccedileğe daha fazla

yakınlaştırmak iccedilin nasıl bir youmlntem izlenebilir

Cevap Tencerenin belirli noktalarından sıcaklık oumllccediluumlmleri alınır Analizlerde aynı noktanın sıcaklığı ile

karşılaştırılır Deneysel ve Analiz değerleri birbirlerini tutana kadar taşınım katsayılarında duumlzeltmeler

yapılır Boumlylece sıcaklık dağılımı accedilısından gerccedileğe en yakın sonuccedillar elde edilir Hatta bu oumllccediluumlmler

malzemelerin ısıl oumlzelliklerinde olabilecek hataları bile elimine eder Zira bu oumlzellikleri girmemizin amacı

sıcaklık dağılımının elde edilmesidir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

11- ANALİZLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE DESTEKLENMESİ

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 25: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

25

Tencere iccedil tabanında sıcaklık dağılımı

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bundan sonra planlanmış diğer 9 analiz daha yapılmıştır Analizler

sırasında bazen sonuccedilların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmiştir Genel

değerlendirme iccedilin diyagramlar ccedilizilmiştir

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 26: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

26

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 27: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

27

Genel Değerlendirme

-10 mm taban kalınlıklı AlCrNi katmanlı yapısı

kullanılarak elde edilen yuumlzey sıcaklık dağılımlarına

bakıldığında en uumlst ve en alt sıcaklık değerleri 293degC

ve 115degC ve bunlar arasındaki fark 178degC iken

CuCrNi katmanlı yapısı kullanılarak elde edilen

yuumlzey sıcaklık dağılımlarına bakıldığında en uumlst ve en

alt sıcaklık değerleri 314degC ve 156degC ve bunlar

arasındaki fark 158degC ccedilıkmaktadır Bu durumda

CuCrNi AlCrNi goumlre hem sıcaklık sapması

accedilısından daha duumlşuumlk bir değer goumlsterirken hem de

ortalama sıcaklığı yaklaşık 30degC yukarı ccedilekmektedir

-Gerilme Dağılımı accedilısından incelendiğin de en duumlşuumlk

gerilmelerin yine 10mm taban kalınlığında ve CuCrNi

sisteminde ccedilıktığı goumlzlenmektedir

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Bir tencere tabanında sıcaklık dağılımının muumlmkuumln olduğunca yuumlksek değerlerde ve homojen dağılması

gerilmelerin de muumlmkuumln olduğunca duumlşuumlk olması istenir Buna goumlre değerlendirmeler yapılmıştır

Soru İyi bir tencere tabanında sıcaklık ve gerilmeler accedilısından beklenen oumlzellikler nelerdir

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 28: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

28

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

12- PLANLANMIŞ DİĞER ANALİZLERİN YAPILMASI VE GENEL DEĞERLENDİRME

Soru Tencere tabanı tasarımda başka hangi faktoumlrler kalite kriteri olarak alınabilir

Cevap

Kaynatma suumlresi (kararlı rejime gelene kadar geccedilen suumlredir)

Soru Kaynatma suumlresi kimin accedilısından niccedilin oumlnemlidir

-Kullanıcılar yani yemek yapanlar accedilısından oumlnemlidir

Yemek daha ccedilabuk piştiği iccedilin zaman kazandırır

- ev hanımları aşccedilılar gurbetteki oumlğrenciler vb diğer

işlerine daha fazla zaman ayırabilir

Soru Kaynatma suumlresi BDM ile hangi analiz tipi ile incelenebilir

Zamana bağlı (transient) ısıl analiz tipi ile incelenebilir

Diğer

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 29: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

29

6-12 Adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir analiz raporu yazılmalıdır

13 ADIM ANALİZ RAPORU

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Analiz ve Değerlendirme Aşaması

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 30: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

30

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

Soru Tencere verimliliğini geliştirmeye youmlnelik kriterlerinizi ve yenilikccedili

yaklaşımlarınızı belirtiniz

1- Farklı cins ve sayıda taban malzemeleri kullanılabilir

2- Taban arayuumlzeyi parobolik yapılabilir (homojen bir

sıcaklık dağılımı iccedilin) Neden

Gerilmeler biraz daha

yuumlksek ccedilıkabilir Ancak ccedilok

fazla yuumlkselmezse bu

ccediloumlzuumlm uygulanabilir

Ancak bunların BDM analizleriyle avantajları mutlaka

ispatlanmalıdır

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 31: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

31

14 ADIM GELİŞTİRME

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

3- Homojen bir sıcaklık dağılımı iccedilin tencereyi

oluşturan 2 malzeme arasında boşluk bırakılıp

bu boşluğa iletim katsayısı yuumlksek bir yağ (sıvı)

koyulabilir ve bu yağın elektrikle ısıtılması

sağlanabilir Hatta bu durumda tek malzemeden

tencere oluşturulabilir

Bu ccediloumlzuumlm uygulamaya sokulmuş ve ccedilıkan uumlruumln enduumlstriyel

buumlyuumlk mutfaklarda laquokaynatma tenceresiraquo olarak

isimlendirilmiştir

Bu tencerelerde yemeklerin ccedilok daha iyi piştiği goumlruumllmuumlştuumlr

Ancak bu konu uumlzerine yeterli bir BDM ccedilalışması

yapılmamıştır

Mevcut uumlruumlnlerde sıvı hacmi ccedileper kalınlığı gibi faktoumlrlerin

pişme suumlresine sıcaklık ve gerilme dağılımlarına etkileri

BDM ccedilalışmalarıyla incelenip daha optimum tasarımlar elde

edilebilir

Ev tipi uumlruumlnler geliştirilebilir

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır

Page 32: ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI - DEUkisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/BDM/derssunulari/6-tencere-taban.pdf · ÇELİK TENCERE TABANI TASARIMI Kaynak: TEKNOLOJİK ARATIRMALAR – Makine

32

15ADIM ndashYARGILAR VE BİLİME KATKI

Sonuccedil olarak 10 mm tabanlı CuCrNi katmanlı yapısı

1048633 gerilme değerleri accedilısından en kuumlccediluumlk gerilme değerlerini vermekte

1048633 duumlşuumlk gerilme değerlerinden dolayı en duumlşuumlk şekil değişimine maruz kalmakta

1048633 yuumlzey sıcaklık dağılımı olarak en duumlşuumlk gradyenti vermekte

1048633 ve son olarak en yuumlksek ortalama sıcaklığı sağlamaktadır

1-Bu durumda tencerelerde aluumlminyum taban yerine bakır taban kullanılması daha

avantajlı goumlzuumlkmektedir

2-Taban kalınlığının artması istenen durumları sağlamasına rağmen maliyeti arttıracaktır

Maliyet faktoumlruuml de goumlz oumlnuumlnde bulundurularak optimizasyon ccedilalışması yapılabilir

Diğer

Ccedilelik Tencere Tabanı Tasarımı Geliştirme ve Yargı Aşaması

16ADIM ndash GELİŞTİRME VE YARGI RAPORU

14 ve 15 adımlardaki tuumlm faaliyetleri iccedileren bir rapor hazırlanmalıdır