SOLIDOWORKS Simulation Professional paket içerisinde yer alan termal analiz türü ile üç ısı transfer türünü de analiz edebilmekteyiz. İletim, taşınım ve radyasyon olacak şekilde sıraladığımız bu ısı transfer türlerini Solidworks Simulation ile kurgulayarak sistemlerimizdeki termal davranışları inceleyebiliriz.Bu blog yazımızda radyasyon ile ısı transferi ve bunun SOLIDWORKS Simulation içerisindeki uygulamasından bahsediyor olacağız.
İlk olarak, sıcak ve soğuk cisimler arasındaki sıcaklık farkı büyük olduğunda radyasyon ısı transferi sorunları için giderek daha önemli hale gelir. Küçük farklarda, ısı transferi iletim ve taşınım tarafından domine edileceğinden radyasyon genellikle göz ardı edilebilir. Bunun nedeni Stefan-Boltzmann sabitinin küçük olması ve sıcaklık farkı önemli olana kadar radyasyon denklemine hâkim olmasıdır.
İkincisi, sabit durumlu bir termal çalışma tüm cisimlerin başlangıç noktası olarak mutlak sıfırda olduğunu varsayar. Birçok çalışmada bu kendiliğinden açık değildir çünkü cisimler, aşağıdakilerden birinden onu ısıtmak için ısı alacaktır;
- Vücudun kendisinde bir ısı kaynağı veya sıcaklık
- Bir konveksiyon yükünde belirtilen ortam koşulu
- Açık sistem radyasyon yükünde belirtilen bir ortam koşulu
- Yukarıdakilerden biri tarafından ısıtılan başka bir gövdeden ısı iletimi
Ancak, bir gövde herhangi bir ısıtma aracıyla temas halinde değilse ve yukarıdakilerden biriyle ilişkilendirilmemişse, SOLIDWORKS onun mutlak sıfırda -273 ⁰C veya 0 Kelvin olduğunu varsayar. Bunu aşağıda gösterildiği gibi basit bir testle görebiliriz. Bir reflektöre benzer şekilde etrafını saran (ancak temas etmeyen) içi boş bir yarım küreye sahip bir ampul (küre) modelini düşünelim. Sınır koşulları olarak küreye 25W ısı ve ampule 15W/m2.K konveksiyon uygulandı.
Aşağıdaki sonuç ampulün yaklaşık 900°C’de termal dengede olduğunu ancak reflektörün mutlak sıfırda olduğunu göstermektedir.
Bunu aşmak için, sabit durum çalışmasında reflektöre biraz ısı veya ortam koşulu uygulamam gerekiyor. (Geçici bir çalışma kurarsam bir ‘Başlangıç Sıcaklığı’ da kullanabiliriz).
Daha sonra ‘Yüzeyden Yüzeye’ seçeneğini kullanarak ampule radyasyon uygularız ve ortam 25 ⁰C’ye ayarlıyken Açık sistemi seçeriz. Bu, ısının ampulden diğer yüzeylere ve çalışma dışına yayılabileceği anlamına gelir. 0,9’luk bir emisivite kullanırız (Bu oldukça yüksek, bu yüzden ampul sıcaklığında büyük bir düşüş görmeyi bekleyebiliriz). Sonuç olarak, bunun ampul sıcaklığının nispeten soğuk 380 ⁰C’ye düşmesiyle elde edildiğini gösteriyor. Ancak, reflektör hala mutlak sıfırda. Ampulden gelen radyasyonun hiçbirini almadı. Bunun sebebini incelemek gerekir.
Radyasyonun bir gövdeden diğerine geçmesini sağlamak için ikinci bir radyasyon koşulunun tanımlanması gerekir. Bu sefer reflektör üzerinde tanımlarız.
Bu nedenle reflektöre ‘Yüzeyden Yüzeye’ seçili ve 25 ⁰C ortam sıcaklığıyla bir radyasyon koşulu uyguluyoruz. Parlak bir yansıtıcı yüzeyin göstergesi olan 0,25’lik bir emisivite kullanıyoruz. Bu, reflektörün ampulden gelen yayılan ısıyı almasını ve kendisini yaymasını sağlar. Reflektör sıcaklığı şimdi 41 ⁰C’dir. Bu, reflektörü 25 ⁰C ortam sıcaklığına ve ampulden radyasyon yoluyla alınan ekstra 16 ⁰C’ye ısıtarak elde edilir.
