Odun İçerisindeki Sıcaklık Dağılımına Etki Eden Parametrelerin Farklı Sonlu Elemanlar Yazılımları İle İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada dikdörtgen kesitli odun malzemesinin zorlanmış taşınım ile ısıtılması işlemi incelenmiştir. Öncelikle akış alanı için korunum denklemleri (Navier Stokes) bir sonlu eleman programı yardımıyla çözülmüştür. Daha sonra yüzeydeki ortalama ısı taşınım katsayısı, türbülans modellerinden Standart k-ɛ türbülans modeli kullanılarak hesaplanmıştır. Isı transferi denklemi zamana bağlı, yüzey sınır şartları kullanılarak iki farklı sonlu eleman programı ile çözülmüştür. Malzeme içerisindeki sıcaklık değerleri 3 farklı hız ile (1 - 1,5 - 2 m/s) 200 saniye sonrası için elde edilmiştir. Aynı zamanda Ansys ve Comsol programlarında farklı hava sıcaklıkları (50°C -80°C -110°C -140°C) için de analizler yapılmıştır.  Denklemler için matematiksel model, Fourier ısı iletim kanunu kullanılarak oluşturulmuştur. İki farklı program kullanılarak yapılan nümerik analizin sonuçları karşılaştırılmıştır. Ayrıca bu çalışmada elde edilen sonuç ile literatürde bulunan deneysel ve nümerik çalışmalardan elde edilen sonuçların karşılaştırılması yapılmış ve uyumlu olduğu görülmüştür.

Keywords

• Sıcaklık Dağılımı,Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği,Isı Transferi

Investigation of Parameters Affecting The Temperature Distribution in Wood with Different Finite Element Softwares

Abstract

In this study, convective heating process of wood material with rectangular shape was examined. First of all, Navier Stokes equations were solved by using a finite element programme for the flow field. After that average heat transfer coefficient on surface was calculated by using Standart k- ɛ Turbulence Model. Heat transfer equation were solved with two different finite element programmes using boundary conditions at the surface dependent on time. Temperature distributions inside the solid were obtained for three different air velocity (1 - 1,5 - 2 m/s) for two hundred seconds. Furthermore, the analysis were made for different air temperatures (50°C -80°C -110°C -140°C) using Ansys and Comsol programmes. The mathematical model for equations was formed by using fourier heat conduction law. The results of the numerical analysis which obtain from the two different programs were compared. Moreover, the results obtained in this study were compared with the result obtained from a numerical and experimental studies in the literature and the results were found to be compatible.

Keywords

• Temperature Distribution,Computational Fluid Dynamics,Heat Transfer

References

1. Bozkurt, Y., Erdin, N. Ağaç Teknolojisi Ders Kitabı, İ.Ü. Orman Fakültesi, Yayın no: 445, S: 1, 1997, İstanbul.
2. Akkılıç, H., Kaymakcı, A., Ünsal, Ö. Isıl Işlem Uygulanmış Ahşap Malzemenin Dış Cephe Kaplaması Olarak Değerlendirilme Potansiyeli ,7. Ulusal Çatı & Cephe Sempozyumu 3– 4 Nisan 2014 Yıldız Teknik Üniversitesi Beşiktaş – İstanbul.
3. Korkut, S., ve Kocaefe, D. Isıl işlemin odun özellikleri üzerine etkisi, Düzce Üniversitesi Ormancılık Dergisi, 5(2): 11-34, 2009.
4. URL-1 2017. Ahşap çeşitleri, http://www.novaorman.com (son erişim tarihi 23.10.2017)
5. Boonstra, M.J. A two-stage thermal modification of wood. Ph.D. dissertation in cosupervision Ghent University and Universite Henry Poincare - Nancy 1, 297 p. ISBN 978-90-5989-210-1, 2008.
6. Oumarou, N., Kocaefe, D., Kocaefe, Y. ‘’3D-modelling of conjugate heat and mass transfers: Effects of storage conditions and species on wood high temperature treatment’’. International Journal of Heat and Mass Transfer 79, 945–953, 2014.
7. Kumar, C., Karim, A., Koardder, H., Miller, G.J. ‘’Modeling Heat and Mass Transfer Process During Convection Drying of Fruit’’. 4th International Conference on Computational Methods (ICCM 2012), Australia, 2012.
8. Çolakoğlu, M.H. ‘’Determination of Change in Moisture Ratios of Some Woods during Air-Drying by Finite Element Analsysis’’. Journal of Applied Sciences, 9(22), 4091-4094, 2009.

9. Younsi, R., Kocaefe, D., Poncsak, S., Kocaefe, Y., Gastonguay, L. ‘’CFD Modeling and Experimental Validation of Heat and Mass Transfer in Wood Poles Subjected to High Temperatures:a Conjugate Approach’’. Heat Mass Transfer, 44, 1497-1509, 2008.
10. Bonis, M.V., Ruocco, G.A. ‘’Multiphysics Approach to Fundamental Conjugate Drying by Forced Convection’’. Comsol Conference, Hannover, Germany, 2008.
11. Ljung, A.L., Lundström, T.S., Tano, K. ‘’Fluid Flow and Heat Transfer Within and Around a Porous Pellet Placed in İnfinite Space’’. 19th International Symposium on Transport Phenomena, Reykjavik, Island, 2008.
12. Hussain, M.M., Dıncer, I. ‘’Numerical Simulation of Two-Dimensional Heat and Moisture Transfer During Drying of a Rectangular Object’’. Numerical Heat Transfer, Part A: Application: An International Journal of Computation and Methodology, 43:8, 867-878, 2003.
13. Çengel Y,A. Isı ve Kütle Transferi. 3. Baskı, İzmir, Türkiye Güven Bilimsel Yayıncılık, 2011.
14. Irudayaraj, J., Haghighi, K., Stroshine, R.L. ‘’Nonlinear Finite Element Analysis of Coupled Heat and Mass Transfer Problems with an Application to Timber Drying’’. Drying Technology, 8, 731-749, 1990.
15. Lamnatou, C., Papqanicolaou, E., Belessiotis, V., Kyriakis, N. ‘’Conjugate Heat and Mass Transfer From a Drying Rectangular Cylinder in Confined Air Flow’’. Numerical Heat Transfer,Part A, Applications 56 (5),379-405, 2009.
16. Thomas, H.R., Lewis, R.W., Morgan, K. ‘’ An Application of The Finite Element Method to The Drying of Timber’’. Wood Fiber, 11(4),237-243, 1991.
17. Keylwerth, R. The variation of the temperature of wood during the drying of veneers and sawn wood. Holz Roh Werkst. 10(3):87-91, 1952.
18. Comsol Multiphysics 4.3a. Heat Transfer Model Library, ‘’Heat Transfer Module User’s Guide, Chemical Reaction Engineering Module User’s Guide’’. 2012.