ANSYS

                         ANSYS

Sonlu elemanlar analizi yöntemini esas alan ANSYS paket programı, dört farklı modüle sahip olup bunlardan üçü doğrudan makine mühendisliği uygulamalarını ilgilendirir. Bunlar;

•   Isı iletimi
• Hesaplamalı akışkan dinamiği
•   Katı malzemelerde gerilme ve uzama

şeklindedir. Bu notlarda ağırlıklı olarak ilk iki modül ele alınacak, zaman zaman ısıya maruz malzemelerin gerilme analizi gibi örneklerle kısmen mekanik uygulamalara da değinilecektir. ANSYS-CFX uygulamalarının öğretildiği 14 haftalık ders dönemi olan bir üniversitede, ilk 4 haftanın ısıl problemlere son 10 haftanın ise hesaplamalı akışkan dinamiğine ayrılması önerilir.

ANSYS in en etkileyici özelliği tek bir ANSYS paketi altında, kendi içinde özgün alt paket programlar bulundurabilmesidir. Uygulamada, üzerinde çalışılan geometrik yapı (modeling) tüm paketlerde benzerdir. Ağ yapısı (meshing) da benzer olan diğer bir özelliktir. Bu bağlamda, ağ yapısı (veya düğümlere bölme işlemi) bütün geometriyi, temel fiziksel kanunları aynen sağlayacak olan daha küçük elemanlara bölme işlemidir. Örneğin, ısı iletimi durumunda Termodinamiğin 1. kanunu bölünebilecek en küçük elemanda dahi geçerlidir. Ayrıca, hesaplamalı akışkanlar dinamiğinde kütlenin korunumu, momentumun korunumu (Newton’un 2. hareket kanunu) ve Termodinamiğin 1. kanunu ağ içerisindeki tüm elamanlar için geçerlidir. 

      ISI İLETİMİ

Isı iletimi ısı geçişinin üç yolundan biridir. Isı iletiminin esası moleküllerin, atomların ve serbest elektronların çarpışmasıdır (sadece elektriği iletebilen malzemelerde). Bu moleküller veya alt molekül parçacıkları mutlak sıcaklıklarıyla doğru orantılı hızlara sahiptirler. Bu nedenle, yüksek sıcaklıklı parçacıklar yüksek kinetik enerjiye, düşük sıcaklıklı parçacıklar düşük kinetik enerjiye sahip olacaklardır. Çarpışma kanunundan bilindiği üzere, biri yüksek kinetik enerjili diğeri düşük kinetik enerjili iki parçacık çarpıştığı zaman düşük enerjilide enerji artışı, yüksek enerjilide enerji azalışı meydana gelir. Partiküller çarpıştığı zaman kinetik enerjilerini paylaşıyorlarsa, sıcaklıklarını da paylaşmaları gerekir.

Isı iletiminin moleküler resmi geçerli ve kullanışlı olmasına rağmen, mühendislik hesaplamalarına uygulamak pek elverişli değildir. Bu nedenle, makroskobik bir büyüklük olan ısıl iletkenlik (k); moleküler, atomsal veya elektron bazında çarpışma kapasitelerini karakterize ederek ısıyı iletimle geçirir.   

Isı iletimi katı, sıvı, gaz fark etmeksizin tüm ortamlarda gerçekleşir. Öte yandan, bağıl hareketin gerçekleştiği gaz ve sıvı ortamlarında ısı iletime ilaveten, taşınım adı verilen bir yöntemle de geçer. İletim ve taşınımla aynı anda gerçekleşen üçüncü bir ısı geçiş yöntemi ışınımdır. Aslında ışınım, foton adı verilen ışıma enerjisi paketlerinin neşretme (emisyon) ve emme (absorbsiyon) işlemleridir. İletimin tek ısı geçiş yöntemi olduğu cisimler ışık geçirmez (opak) katılardır.

Mademki ısının üç geçiş mekanizması da Termodinamiğin 1. kanununa tabiidir, o halde bu kanunu ana hatlarıyla hatırlayalım.

1             1.     İLETİMLE ISI GEÇİŞİ ve SICAKLIK GRADYENİ ARASINDAKİ BAĞINTI

Isı iletimi problemlerinde 1. kanun toplam analiz paketinin bir parçasıdır. Diğer bir parçası ise ısı geçişi ile sıcaklık değişimi arasındaki ilişkidir. Bu ilişki Fourier Kanunu olarak bilinir ve şöyle ifade edilir:

  Q=-kAdT/dx

       

Bu denklemde Q, A alanından dik doğrultuda geçen ısı oranıdır. Isı, iletkenlik değeri k olan bir malzemeden dT/dx sıcaklık gradyeni ile geçer.

  x yönünde sıcaklık dT/dx olduğunda geçen ısıdır. Rastgele bir  x yönündeki ısı geçişi ise Fourier denkleminde dT/dx yerine dT/dx alınarak hesaplanır.