Çeşitli iş parçalarına uygulanan hareketli ısı kaynağının etkilerinin analizi
The analyses of the effects of moving heat source applied on the various workpieces
Yazar: GÜLŞAH ÖZIŞIK
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN YAPICI
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı geçişi = Heat transfer

Özet:
Bu çalışmanın amacı, durgun çevre şartlarında çeşitli iş parçalarına uygulanan hareketli ısı kaynağının (HIK) etkilerini analiz etmektir. Bu amaç için, beş farklı problem ele alınmdı ve HIK'ın sebep olduğu geçici sıcaklık dağılımları nümerik olarak hesaplandı. Ele alınan bu problemler şu şekildedir:1.Çelik bir plaka HIK tarafından durgun çevre şartları altında bir yüzeyinden ısıtılmaktadır. Isı kaynağı z ekseni etrafında sabit açısal bir hızla ( ? ) dönerken ısı kaynağının her bir devrinin bitiminde HIK kendisinin yarıçapı kadar eksenel yönde ilerlemektedir.2.Sabit içi boş çelik bir disk HIK tarafından durgun çevre şartları altında dış yüzeyinden kısmı olarak ısıtılmaktadır. Çeliğin dış yüzeyinin belirli bir açısal segmentine uygulanan HIK sabit bir açısal hızla (?) dönmektedir.3.Dönen içi boş çelik bir disk HIK tarafından durgun çevre şartları altında ön yüzeyinden ısıtılmaktadır. Disk sabit bir açısal hızla z ekseni etrafında dönerken diskin herbir devrinin sonunda yüzeyin belirli bir segmentine uygulanan HIK bir radyal segmentten diğer radyal segmente ilerleme hareketi yapmaktadır.4.İçi boş çelik bir küre dış yüzeyinin belirli bir zenithal segmentine uygulanan HIK tarafından durgun çevre şartları altında ısıtılmaktadır. Proses boyunca, HIK ilk zenithal segmentten son zenithal segmente sabit bir açısal hızla ilerlemektedir ve daha sonra aynı hızla ilk zenithal segmente geri dönmektedir.5.Dairesel çelik bir boru HIK tarafından durgun çevre şartları altında dış yüzeyinden kısmi olarak ısıtılmaktadır. Borunun dış yüzeyinin ? h'lık kalınlığa sahip belirli bir kısmına uygulanan ısı kaynağı ile boru ısıtılırken ısıyı transfer etmek için su borunun iç kısmından akmaktadır. Boru içerisindeki akışın laminer akış olduğu varsayıldı. Isı kaynağı borunun dış yüzeyinin bir ucundan diğer ucuna sabit bir hızla (Uh) ilerlemekte ve yine aynı hızla başlangıç noktasına dönmektedir.Çeliğin termo-fiziksel özelliklerinin sıcaklıkla değişmediği varsayılmaktadır. Sayısal analizler iki ve üç boyutlu olarak ve çeliğin farklı ısı iletim katsayıları (? =10'dan 50 W/m-K'ne) için gerçekleştirildi. Isı akısı, çeşitli iş parçalarının çok küçük bir kısmına uygulanmasından dolayı hareketli ısı kaynağı uniform olmayan dik sıcaklık gradyantları oluşturmaktadır. Bununla birlikte, ?'nın değeri ve HIK'ın hızı arttıkça geçici sıcaklık dağılımları önemli bir miktar azaltılabilmektedir.

Abstract:
The purpose of this study is to analyze the effects of moving heat source (MHS) on the various workpiece under stagnant ambient conditions. For this purpose, five different problems are considered and the transient temperature distributions caused by MHS are calculated numerically. These considered problems are as follows:1.A steel plate is heated from its one side surface under stagnant ambient conditions by a MHS. While the heat source rotates with a constant angular speed ( ? ) around the z axis, the MHS moves in the axial direction at the end of each revolution as its radius.2.A stationary hollow steel disk is partially heated from its outer surface by a MHS under stagnant ambient conditions. The MHS applied on a certain angular segment of the processed surface rotates with a constant angular speed (?).3.A rotating hollow steel disk is heated from its front surface side by a MHS under stagnant ambient conditions. As the disk rotates around the z axis with a constant angular speed ( ? ), the MHS applied on a certain angular segment of the surface moves along from one radial segment to the next radial segment in the radial direction on the processed surface at the end of each revolution of the disk.4.A hollow steel sphere is heated by a MHS applied on a certain zenithal segment (the heated zenithal segment, ?H) of its outer surface under stagnant ambient conditions. Along the process, the MHS moves angularly from the first zenithal segment to the last zenithal segment on the processed surface with a constant angular speed, ?, and then returns backward to the first zenithal segment with the same speed.5.A circular steel pipe is heated partly from its outer surface under stagnant ambient conditions by MHS. While the pipe is heated with this heat source applied on a certain section having a thickness of ? h, the water flows through it to transfer heat. It is assumed that the flow is a fully-developed laminar flow. The heat source moves along from one end of the outer to the other end with a constant speed (Uh) and then returns to the first end with the same speed.It is assumed that the thermo-physical properties of the steel do not change with temperature. Numerical analyses are performed individually for a wide range of thermal conductivity of steel (? =10 to 50 W/m-K) as two and three dimensional. The MHS produces the non-uniform steep temperature gradients due to the fact that the heat flux is subjected on a very small section of the considered workpieces. However, when the value of ? and the speed of the MHS are increased, the transient temperature distributions can be decreased in a considerable amount.