Faklı Gözeneklilik Oranlarındaki Atmosferik Plazma Spray Zirkonyanın Isı İletim Katsayısının Nümerik Modellemesi

Abstract

Gözenekli seramik kaplamanın efektif ısı iletim katsayısı gözeneklilik oranına ve gözeneklerin dağılımına bağlı olarak değişmektedir. Bu nedenle ısı transferi çözümlemelerinde gerçek mikroyapının kullanılması önemli bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada gerçek mikroyapı resimleri kullanılarak atmosferik plasma spray (APS) kaplamanın efektif ısı iletim katsayısı CFD modeli ile literatürde bulunan Maxwell-Eucken ve EMT analitik ifadeleri kullanılarak hesaplanmıştır. CFD modellemeleri Fluent 6.1.22 kodu kullanılarak yapılmıştır. Numuneler kaplama parametrelerinin değiştirilmesi ile beş farklı gözeneklilikte elde edilmiştir. Numunelerin gözenekliliği 9% - 31% arasında değişmektedir. Analitik ve sonlu hacimler metodundan elde edilen ısı iletim katsayısı değerleri literatürde yer alan deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Nümerik olarak elde edilen efektif ısı iletim katsayısı değerleri deneysel çalışmalar ile uyum sağlamaktadır. Bu çalışma gözenekli seramik malzemenin efektif ısı iletim katsayısının gerçek mikroyapı resimlerinin kullanılarak elde edilmesinde CFD analizinin kullanılabileceğini göstermektedir. Bu sayede, bu model yüksek maliyetli ve zaman alıcı deneylerden önce ön değer elde etmek amacıyla kullanılabilir

Keywords

• Isı iletim katsayısı, Gözeneklilik, Atmosferik plazma sprey, Sonlu hacimler metodu

Numerical Modeling of Thermal Conductivity of Air-Plasma-Sprayed Zirconıa with Different Porosity Levels

Abstract

The effective thermal conductivity of a porous ceramic coating depends on porosity and the distribution of pores. Due to these aspects, the structure of a ceramic coating plays an important role in the analysis of heat transfer. In this study, using real microstructural images, effective thermal conductivities of air plasma sprayed (APS) zirconia coatings have been calculated via CFD modeling as well as using Maxwell-Eucken and the EMT models. CFD studies were carried out using FLUENT 6.1.22 code. Samples were produced having five different porosities by changing the coating parameters. The porosities of the samples werein theinterval of 9% - 31%. Results obtained from analytical and finite volume methods have been compared to experimental thermal conductivity data given in the literature. The numerically calculated effective thermal conductivities are in good agreement with those determined experimentally. This study demonstrates that CFD analysis can be used to predict the effective thermal conductivity of porous ceramic coatings using real digital images. By virtue of this, the model can be used to obtain preliminary values instead of high cost and time-consuming experiments

Keywords

• Thermal conductivity, Porosity, Air plasma spray, Finite volume methods