Kinetik teori yaklaşımı ile laser-malzeme etkileşimi sırasında malzemedeki sıcaklık dağılımının analizi
Analysis of temperature disribution in material during laser-metal intraction with kinetics theory approach
Yazar: YILDIZ KOÇ
Danışman: DOÇ. DR. ERTUĞRUL BALTACIOĞLU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1995
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı dağılımı = Heat distribution ; Isı geçişi = Heat transfer ; Kinetik parametreler = Kinetic parameters ; Lazerler = Lasers ; Malzemeler = Materials

Özet:
Laser, imalat işlemlerinde düşük maliyet ve yüksek hassasiyetten dolayı endüstride geniş bir alanda kullanılmaktadır. Laser - metal etkileşim mekanizmasını anlatabilmek için işlemin ısıl analizi son derece önemlidir. Yapılan çalışmada, laserle metalin ısıtılması ile ilgili ısı transferi mekanizması iki ana gurupta, ayrı malzemeler kullanılarak incelenmiş ve sonlu farklar metodu ile nümerik çözüm yapılmıştır. Isı transfer modelinde ergime ve buharlaşma nedeniyle iletim ve konveksiyon göz önüne alınmıştır. Bu çalışmada laserle malzeme işleme güçlerinde (1.1010 W/m2 ve 5.1010 W/m2) meydana gelen ısı transferi olayı iki ana gurupta incelenmiştir. Birinci gurupta ısı iletimi esas alınmış ve buna bağlı olarak elektron kinetik teori modeli ile çözüm yapılmış malzeme ergime sıcaklığına ulaştıktan sonra taşınırınla ısı transferi olayı meydana geldiği için ısı iletimi ve taşınım ortaklaşa ele alınmış, iletim olarak yine elektron kinetik teori modeli, taşınım olarakta Klasik teori modeli kullanılarak çözüm yapılmıştır, ikinci gurupta ise ısı iletimi ve taşınım ortaklaşa incelenerek her ikisinde de elektron kinetik teori modeli göz önüne alınmıştır. Malzeme içerisindeki ve yüzeyindeki sıcaklık dağılımlarının malzeme termodinamik özellikleriyle değişimini belirlemek gayesiyle dört farklı malzeme incelenmiş ve elde edilen sıcaklık dağılımları bir biriyle kıyaslanmıştır. Nümerik çözümler için bir bilgisayar programı geliştirilmiştir.

Abstract:
Laser is used in many areas in the industry due to its low cost and high precision in the manufacturing processes, in order to describe the laser-metal interaction, it is important to carry out the heat analysis of the process. İn this study done, the heat mechanism taken place, in the result of heating the metal using the laser, was investigated in two main groups considering metarials having different mechanical properties and the problem was tried to solve using the finite difference numerical method, in the heat transfer model, melting, convection and conduction due to vaporization are considered İn this study, the phonomene of heat transfer occurring for the laser processing power of 1.1010 W/m2 and 5.1010 W/m2 was investigated in two section, in the first sections, the heat conduction is taken in to account and therefore, the solution was obtained using the electron kinetic theory. In the course of the solution, after the material reached the melting temperature, since the heat transfer occurs in the form of convection, the couple effect of conduction and convection was considered, and the solution was obtained using the classical theory for describing the convection and the electron kinetic theory for the conduction. İn the second section, heat conduction and convection were evaluated together and the electron kinetic theory model was used for the conduction. in addition, different types of materials were investigated in order to determine the temperature distributions inside material and on the material surface versus the thermodynamic properties of the material used and then the temperature distributions obtained from the analysis were compared each other. A computer program was developed for numerical computations.