Kompozit boru kesiti konfigürasyonunun ısı transferine etkisinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında iç cidarı çelik, orta cidarı termoplastik ve dış cidarı termoset matris-karbon elyaf kompoziti olan flaman sarımlı bir borunun ısı transferi açısından performansı incelenmiştir. Bu amaçla, öncelikle mekanik açıdan uygunluğu tespit edilmiş olan farklı sarım açıları, farklı sarım kalınlıkları ve farklı termoset, termoplastik ve elyaf konfigürasyonları belirlenmiştir. Daha sonra, bir iç ısı kaynağından dolayı borunun iç yüzeyinde meydana gelen sıcaklık 130 ºC ve borunun dış yüzeyindeki atmosferik şartlara ait konveksiyon ısı transfer katsayısı 10 W/m2.K olacak şekilde sınır şartlarına maruz bir sonlu eleman simülasyon modeli hazırlanmıştır. Çalışmada Ansys® sonlu eleman paket programı kullanılmış olup, zamana bağlı (10 saniye) geçici rejim şeklinde ortotrop malzeme ısı transferi analizi gerçekleştirilmiştir. Bu incelemeler neticesinde elde edilen sonuçlara göre, imalat sırasında uygulanacak farklı sarım açılarının (90/±15/±20/90; 90/±20/±15/90 ve 90/(±45)2/90), yükleme altındaki borunun dış yüzeyinde oluşan sıcaklıkta bir değişikliğe neden olmadığı tespit edilmiştir. 6 mm'lik toplam cidar kalınlığı sabit tutularak, katman kalınlıklarının değişiminin de etkili olmadığı belirlenmiştir. Ancak iç katmanlarda farklı malzeme kullanımına tekabül edecek şekilde ısı iletim katsayılarının 10 kat arttırılması veya azaltılmasının dış yüzey sıcaklığında %23'e varan değişimlere neden olduğu hesaplanmıştır.Anahtar kelimeler: Kompozit boru, Cam elyafı(Fiber), Isı transferi, Ansys

In this study, a tube with a steel inner wall, a thermoplastic matrix-carbon fiber mid-wall and a thermoset matrix-carbon fiber outer wall manufactured by the filament-winding process has been investigated in terms of heat transfer performance. For this purpose, different winding angle, thickness, and composite material configurations were determined. Then, considering an inner wall temperature of 130 ° C and an outer surface convection heat transfer coefficient of 10 W/m2.K, a finite element simulation model was prepared. Orthotropic 10 seconds transient heat transfer analysis has been done on Ansys® finite element software package. According to the results obtained as a result of this investigation, the winding angles (90/±15/±20/90, 90/±20/±15/90 and 90/(± 45)2/90), did not produced different outer surface temperature change. Keeping the 6 mm constant wall thickness, the change in layer thicknesses did not affect the temperature distribution. However, the use of different materials to correspond to 10-fold increase or decrease of heat transfer coefficients, the outer surface temperature is calculated to change by up to 23%.Key Words: Composite Materials, Fiber, Heat Conduction, Ansys