Ansys Fluent 12.1'de Akış ve Isı Transferi

93 Pages·2015·2.97 MB·Turkish

Ansys Fluent 12.1’de
Akış ve Isı Transferi

Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com
Önsöz

Çukurova Üniversitesi Makina Mühendisliği Termodinamik Anabilim Dalında, "Numerical calculation
of heat transfer and pressure drop in axially finned inline and staggered tube bank heat exchangers"
konulu Doktora tezi üzerinde Doç. Dr. Alper YILMAZ ile çalışmaktayım.
Tezimde Ansys Fluent 12.1 programını kullanıyorum. Bu çalışmam kapsamında aşağıdaki 4 konu
incelenmiştir.
1- Düzgün Dağılımlı Isı Üreten Bir Boyutlu Duvarın Zamana Bağlı Isıl Analizi
2- Silindir Üzerinde Inviscid Akışta Hız Profilinin ANSYS ile Analizi
3- Silindir Üzerinde Akış ve Isı Transferinin ANSYS ile Analizi
4- Düz Levha Üzerinde Akış ve Isı Transferinin ANSYS ile Analizi
Ansys Fluent 12.1’de akış ve ısı transferini öğrenmek isteyenler için hazırlamış olduğum bu çalışmam
faydalı olacaktır inşaAllah.
Ayrıca geliştirmekte olduğumuz www.teknikbelgeler.com sitesine katkıda bulunmanızı temenni
ederim.

Muhammet Nasıf KURU
Mak. Müh.

Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com
1- Bir Duvarda İletim ile Isı Geçişinin ANSYS ile Analizi :
Problem Tanımı ( Incropera Ornek 2.2) :
1 m kalınlığındaki bir duvarda belirli bir andaki sıcaklık dağılımı
(cid:1846)((cid:1876)) = (cid:1853)+(cid:1854)(cid:1876)+(cid:1855)(cid:1876)(cid:2870)
olarak verilmektedir. a = 900 C, b = -300 C/m, c = -50 C/(cid:1865)(cid:2870) iken T derece Celcius ve x metre
olmaktadır. Özelikleri ρ = 1600 (cid:1863)(cid:1859)/(cid:1865)(cid:2871), (cid:1863) =40 (cid:3024) , (cid:1855) = 4 (cid:3038)(cid:3011) olan duvarın 10 (cid:1865)(cid:2870) ’lik
(cid:3043)
(cid:3040) (cid:3012) (cid:3038)(cid:3034) (cid:3012)
(cid:3024)
bölümünde (cid:1869)̇ = 1000 düzgün dağılımlı bir ısı üretimi vardır.
(cid:3040)(cid:3119)
1. Duvara birim zamanda giren ((cid:1869) , x=0) ve çıkan ((cid:1869) , x=1 m) ısıyı belirleyin.
(cid:3036)(cid:3041) (cid:3042)(cid:3048)(cid:3047)
2. Duvarda depo edilen enerjinin zamanla değişimini bulun ((cid:1831)̇ ).
(cid:3046)(cid:3047)(cid:3042)(cid:3045)(cid:3028)(cid:3034)(cid:3032)
3. x=0.025 ve 0.5 m de sıcaklığın zamanla değişimini hesaplayın.

Şekil 1 : Problemin Tanımı
1. Problemin Analitik Çözümü :
Kabuller : x yönünde bir boyutlu iletim, sabit özelikli homojen ortam, duvar içinde düzgün dağılımlı ısı
(cid:3024)
üretimi, (cid:1869)̇ ( ).
(cid:3040)(cid:3119)
1. Herhangi bir noktada iletilen ısı Fourier yasasını kullanarak bulunabilir.

(cid:2034)(cid:1846) (cid:1829) (cid:1849)
(cid:1869) = (cid:1869) (0) = −(cid:1863) (cid:1827) (cid:1) (cid:3628) = −(cid:1863) (cid:1827) ((cid:1854)+2(cid:1855)(cid:1876)) = −(cid:1854) (cid:1863) (cid:1827) = 300 40 10 (cid:1865)(cid:2870)
(cid:3036)(cid:3041) (cid:3051) (cid:2034)(cid:1876) (cid:3051)(cid:2880)(cid:2868) (cid:1865) (cid:1865) (cid:1837)
(cid:3051)(cid:2880)(cid:2868)

(cid:1869) = 120 (cid:1863)(cid:1849)
(cid:3036)(cid:3041)

Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com
(cid:2034)(cid:1846)
(cid:1869) = (cid:1869) ((cid:1838)) = −(cid:1863) (cid:1827) (cid:1) (cid:3628) = −(cid:1863) (cid:1827) ((cid:1854)+2(cid:1855)(cid:1876)) = −((cid:1854)+2 (cid:1855) (cid:1838)) (cid:1863) (cid:1827)
(cid:3042)(cid:3048)(cid:3047) (cid:3051) (cid:2034)(cid:1876) (cid:3051)(cid:2880)(cid:3013)
(cid:3051)(cid:2880)(cid:3013)
(cid:1829) (cid:1829) (cid:1849)
= −(cid:3436)−300 +2(cid:3436)−50 (cid:3440) 1(cid:1865)(cid:3440) 40 10 (cid:1865)(cid:2870)
(cid:1865) (cid:1865)(cid:2870) (cid:1865) (cid:1837)

(cid:1869) = 160 (cid:1863)(cid:1849)
(cid:3042)(cid:3048)(cid:3047)

2. Duvarda depolanan enerjinin zamanla değişimi (cid:1831)̇ , duvara enerji dengesi uygulanarak
(cid:3046)(cid:3047)(cid:3042)(cid:3045)(cid:3028)(cid:3034)(cid:3032)
belirlenebilir.

(cid:1831)̇ +(cid:1831)̇ −(cid:1831)̇ = (cid:1831)̇
(cid:3036)(cid:3041) (cid:3034)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3032)(cid:3045)(cid:3028)(cid:3047)(cid:3036)(cid:3042)(cid:3041) (cid:3042)(cid:3048)(cid:3047) (cid:3046)(cid:3047)(cid:3042)(cid:3045)(cid:3028)(cid:3034)(cid:3032)

(cid:1831)̇ = (cid:1869) +(cid:1869)̇ (cid:1827) (cid:1838)−(cid:1869)
(cid:3046)(cid:3047)(cid:3042)(cid:3045)(cid:3028)(cid:3034)(cid:3032) (cid:3036)(cid:3041) (cid:3042)(cid:3048)(cid:3047)

(cid:1849)
(cid:1831)̇ = 120 (cid:1863)(cid:1849)+1000 10 (cid:1865)(cid:2870) 1(cid:1865)−160 (cid:1863)(cid:1849)
(cid:3046)(cid:3047)(cid:3042)(cid:3045)(cid:3028)(cid:3034)(cid:3032) (cid:1865)(cid:2871)

(cid:1831)̇ = −30 (cid:1863)(cid:1849)
(cid:3046)(cid:3047)(cid:3042)(cid:3045)(cid:3028)(cid:3034)(cid:3032)

3. Ortamdaki herhangi bir noktada sıcaklığın zamanla değişimi, ısı denkleminden belirlenebilir.

(cid:2034)(cid:2870)(cid:1846) (cid:2034)(cid:2870)(cid:1846) (cid:2034)(cid:2870)(cid:1846) (cid:1869)̇ 1 (cid:2034)(cid:1846)
+ + + =
(cid:2034)(cid:1876)(cid:2870) (cid:2034)(cid:1877)(cid:2870) (cid:2034)(cid:1878)(cid:2870) (cid:1863) (cid:2009) (cid:2034)(cid:1872)

(cid:3038)
(cid:2009) = , ısıl yayılım katsayısıdır. Isı denklemi, sadece x yönünde uygulanırsa, aşağıdaki gibi
(cid:2977) (cid:3030)(cid:3291)
sadeleştirilir.

(cid:2034)(cid:1846) (cid:1863) (cid:2034)(cid:2870)(cid:1846) (cid:1869)̇
= +
(cid:2034)(cid:1872) ρ (cid:1855) (cid:2034)(cid:1876)(cid:2870) ρ (cid:1855)
(cid:3043) (cid:3043)

Verilen sıcaklık dağılımından,

(cid:3105)(cid:3118)(cid:3021) (cid:3105) (cid:3105)(cid:3021) (cid:3105) (cid:3004) (cid:3004)
= ( )= ( (cid:1854)+2(cid:1855)(cid:1876)) = 2 (cid:1855) = 2 (cid:4672) −50 (cid:4673)= −100
(cid:3105)(cid:3051)(cid:3118) (cid:3105)(cid:3051) (cid:3105)(cid:3051) (cid:3105)(cid:3051) (cid:3040)(cid:3118) (cid:3040)(cid:3118)

Bu türev ortam içinde her noktada aynıdır ve sıcaklığın zamanla değişiminin konumdan
bağımsız olduğu anlaşılır.

(cid:1849) (cid:1849)
(cid:2034)(cid:1846) 40(cid:1865) (cid:1837) (cid:1829) 1000(cid:1865)(cid:2871)
= (cid:3436)−100 (cid:3440)+
(cid:2034)(cid:1872) (cid:1863)(cid:1859) (cid:1863)(cid:1836) (cid:1865)(cid:2870) (cid:1863)(cid:1859) (cid:1863)(cid:1836)
1600 4 1600 4
(cid:1865)(cid:2871) (cid:1863)(cid:1859) (cid:1837) (cid:1865)(cid:2871) (cid:1863)(cid:1859) (cid:1837)

(cid:3105)(cid:3021) = −6.25 10(cid:2879)(cid:2872) C/s + 1.56 10(cid:2879)(cid:2872) C/s = -4.69 10(cid:2879)(cid:2872) C/s
(cid:3105)(cid:3047)

Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com
2. Problemin Ansys’de Geçici Rejimde Isıl Analizi:
Ansys Workbench programı çalıştırılır, Transient Thermal (Ansys) analiz sistemi, proje şemasına
sürüklenir bırakılır. Analiz adı olarak "Bir Boyutlu İletimle Isı Geçişi" girilir.

1- Duvar Bloğunun Özeliklerinin Girilmesi :
Engineering Data sekmesi çift tıklanır. Bu bölümde duvar bloğunun ısı geçişi incelemesi için, geçici
rejimde gerekli olan özelikleri tanımlanacaktır. Bunlar duvarın yoğunluğu (ρ), ısı iletim katsayısı ((cid:1863)) ve
özgül ısısıdır ((cid:1855) ) .
(cid:3043)

Gelen pencerede “Click here to add a new material” kısmına, “Duvar Bloğu” yazılır ve Enter’a basılır.
Workbench’in yan tarafındaki araç çubuğu “Toolbox” penceresinden sırasıyla Density (yoğunluk),
Isotropic Thermal Conductivity (izotropik ısıl iletkenliği) ve Specific Heat’e (özgül ısı) çift tıklanır.

Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com
Bunun sonucunda aşağıdaki şekil elde edilir.

Burada Value (Değer) ile ilgili kısma problemin tanımındaki değerler girilmelidir.

Son olarak değerlerini girdiğimiz duvar bloğunun, modelimiz için Default katı malzeme olmasını
sağlamalıyız. Bunun için “Duvar Bloğu” sağ tıklanır ve “Default Solid Material For Model” seçilir.

Return to Project tıklanarak, proje şemasına dönülür.

2- Geometri’nin oluşturulması :
Analiz tipi olarak 2 boyutta çalışacağımız için, 2D seçilir ve Geometry sekmesine çift tıklanır. Gelen
pencerede “Meter” ölçü birimi seçilir ve OK’a tıklanır.
Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com
Tree Outline sekmesinde “XY Plane” seçilir, yine aynı pencerede “Sketching” sekmesi seçilir.

Grafik ekranında ise +Z yönü tıklanarak, XY Plane’e ön taraftan bakılır.

Y ekseniyle Coincident (Çakışık) olacak biçimde Rectangle çizilir.

Sketching Toolboxes’dan Dimensions sekmesi seçilir.
Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com
Ve aşağıdaki gibi ölçülendirme yapılır.

Burada Duvar Bloğu, 1m kalınlığında, 20 m boyunda ve 1m derinliktedir.
Sketching Toolboxes’dan Draw sekmesi tıklanır. New Sketch simgesi ( ) tıklanarak Sketch2
oluşturulur. 10 (cid:1865)(cid:2870) ’lik alanda ısı üretimi olduğu için inceleme Sketch2’de yapılacaktır.

Dikdörtgen içerisinde aşağıdaki gibi dikdörtgen çizilir.
Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com
Dimensions sekmesinden önce Vertical (V6 – üst taraftaki yatay iki çizgi seçilmelidir) sonrada General
tıklanarak aşağıdaki gibi ölçülendirme yapılır. Burada Duvar Bloğu, 1m kalınlığında, 10 m boyunda ve
1m derinliktedir.

Sketch1 ve Sketch2 oluşturulmuştur, şimdi Sketch1’den yüzey oluşturulacak ve daha sonra
Sketch2’den oluşturulan çizgiler, Sketch1’in üzerine izdüşürülecektir.
Üst menüden Concept -> Surfaces from Sketches tıklanır.

Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com
Sketch1, Base object (temel nesne) olarak seçilir ve Apply’a basılır. Generate’e (Menü’de) tıklanarak
yüzey oluşturulur.

Concept -> Lines from Sketches tıklanır. Base objects olarak Sketch2 seçilir, Apply’a ve daha sonra
Generate’e tıklanır. Oluşan çizgiler aşağıdaki gibi görünüm verir.

Tools -> Projection ile Line1, SurfaceSk1’in üzerine izdüşürülecektir.
Hazırlayan: Muhammet Nasıf KURU (Mak. Müh.) www.teknikbelgeler.com