Yazar
Altun, Gönenç Can
Basım Tarihi
2022-06-17T12:37:05Z
Konu
Cam fırını, Glass furnace, Endüstri fırınları, Industry furnaces, Isı ışınımı, Heat radiation, Işınlama geometrisi, Irradiation geometry, Parametre optimizasyonu, Parameter optimization, Tav fırını, Annealing furnace, Tavlama fırınları, Annealing furnices, Tavlama optimizasyonu, Annealing optimization
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
81cb22d0-fa18-45f7-81f1-4a7c1bfc3224
Lokasyon
Makine Mühendisliği Bölümü
Tarih
2022-06-17T12:37:05Z
Örnek Metin
Bir ısıl işlem türü olan tavlama, cam imalat sanayinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretim sürecinin son aşamasıdır ve camın kalitesi üzerinde oldukça baskın bir etkiye sahiptir. Özellikle büyük hacimli cam imalatında tavlama işlemi sürekli tip tavlama fırınında gerçekleştirilmektedir. Bu fırında tavlama işleminin farklı aşamaları aynı fırının farklı bölgelerinde gerçekleştirilir. Fırının ısıtma bölgesinin asıl amacı camın sıcaklığını tavlama sıcaklığına çıkarmaktır. Fırın içerisinde 923 K'ye ulaşan sıcaklık seviyeleri nedeniyle fırının bu bölgesinde radyasyonla ısı transferi baskın bir etkiye sahiptir. Fırın atmosferinin çoğunlukla katılımsız doğasından dolayı radyasyonla ısı transferi, cam ve fırın duvarları arasındaki görüş faktörleri tarafından yönetilir. Fırın duvarlarından yayılan radyasyonun dalga boyu aralığında cam opak olarak modellenebilir. Cam ve fırın duvarları arasındaki görüş faktörü fırın içindeki cam sıraları arasındaki mesafeye bağlı olduğundan, cam eşyaların yerleşimi fırının ısıtma verimliliği üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Bu sayısal çalışmada, sürekli tavlama fırınının radyant ısıtma bölümü içindeki hareketli şişelerin ısıtma özelliklerini araştırmak için birleşik bir iletim-radyasyon çözücüsü geliştirildi. Çözücü, iletim ve radyasyon hesaplamalarını sırasıyla CPU ve GPU (grafik işlem birimi) üzerinde çalıştıran hibrit bir çözücü olarak tasarlandı. Opak yüzeyler arasındaki radyasyon transferi Geriye Monte Carlo Işın İzleme yöntemiyle hesaplanmıştır. Yöntemin GPU üzerinde çalıştırılmasıyla radyasyon modelinin hesaplama maliyeti büyük oranda azaldı. Genel olarak, toplam hesaplama süresinin %91'i radyasyon hesaplamaları için harcanırken, yalnızca %9'u ısı iletimi hesaplamaları için harcanmıştır. Ayrıca radyasyon modelinin ısı iletimi çözücüsü ile entegrasyonuna ilişkin iki sayısal yöntem geliştirilmiştir. Aynı doğruluk seviyesi için 2. dereceden doğru yöntemin, 1. dereceden doğru uygulamaya ilişkin geçici hesaplamalardaki zaman adımını 2,5 kat artırmaya olanak sağladığı bulunmuştur. Ele alınan fırın modeli, fırının uzunluğu boyunca 29 şişe sırasından ve her sırada 15 şişeden oluşmaktadır. Şişelerin başlangıç sıcaklıkları üretim hattının kalıplama aşaması dikkate alınarak alınmıştır. Hesaplama alanında 7 sıra şişe dikkate alınarak problemin hesaplama maliyeti azaltılmıştır. Geliştirilen algoritma, fırının içindeki tüm sıranın yalnızca bir kısmını kullanarak tüm şişe sıraları boyunca ısı transferinin simülasyonunu sağlar. Son olarak şişe sıraları arasındaki mesafelerin etkisi üzerine parametrik bir çalışma yapılmıştır. Bu bağlamda, şişe sıraları arasındaki mesafe ve konveyör hızı, fırının verimi, yani birim zamandaki şişe sayısı sabit tutulacak şekilde değiştirilmiştir. Çalışma, şişe sıraları arasındaki mesafe için optimum bir değerin olduğunu göstermektedir. Ele alınan şişe formu için bu optimum sıra aralığı değeri, şişe çapının %35'i olarak bulunmuştur. Tavlama bir tür ısıl işlem yöntemi olarak cam üretiminin yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretim süreci son aşamada tatbik edilir ve kam düzeyinde hakim bir etki sahibidir. Yüklü sayıda cam üretimi gerçekleştirildilen ısıl işlem dizisi, özellikle sürekli tip tavlama fırınında gerçekleşiyor. Fırın içerisinde tavlama işleminin farklı aşamaları yine aynı fırının farklı periyodu gerçekleşir. Fırının ısıtma bölgesinde temel amaç; camın ısıtılarak tavlama sıcaklığına geri getirilmesidir. Fırın içindeki sıcaklığın 923 K mertebelerine ait olduğuna ilişkin ışınım ile ısı transferi oldukça önem arz etmektedir. Işınım ile ısı transfer bölümü halinde olmayan fırın ortamında çok sayıda kamera ile fırın duvarları arasında görüş depolamaya bağlı olarak hüküm devam eder. Fırın duvarlarından yayılan ışınımın dalga boyu boyunca cam opak olarak kabul edilebilir. Camın fırın içindeki yerleşim planı, kamera ve fırın duvarları arasındaki görüş mesafesine olan mesafeye bağlı olması esaslı fırının ısıtma etkisi üzerinde hatırı sayılır ölçüde etkisi olabilir. Bahsi geçen dijital dağıtım dağıtımı ve Işınımını konu alan bir dizi işlemi yürütücüsü geliştirilmiş ve bunun yerine sürekli uç tavlama fırınının ışınmla ısınmasının sürekli hareket halinde bulunan şişelerin ısıtılması bölümünde ortaya koyulmuştur. Dizi işleminin yürütülmesinde bilgisayarda merkezi işlemci birimi ve grafik işleme biriminden faydalanması nedeniyle karma bir nitelik söz konusudur. Opak yüzeyler arasındaki ısı aktarımıyla "Backward Monte Carlo Ray Tracing" adı verilen yöntem ile hesaplandı. Bu metot, grafik işleme birimini ile yazılımların entegrasyonunda bulunarak bilgisayımsal değerini büyük ölçüde azaltmıştır. Bilgisayımsal sürenin %91 (yüzde doksan bir) kadar Toplam Işın ile ısı transfer işlemleri ve yalnızca %9 (yüzde dokuz) kadar iletim ile ısı transfer işlemleri için harcanmıştır. ek olarak ışınım modeline ilişkin olarak iki dijital yöntem havası. Her iki metot için de aynı hassaslık aralığını yakaladığı aralıkta ikinci dereceden doğruluk sahibi metot, dereceli doğruluk sahibi metoda ayırma birinci birim zaman aralığını 2,5 (2 tam, onda beş) kat artırmaya imkan sağlar. Gerçekleştirilmiş fırın modeli, her bir sırada 15 şişe olmak üzere toplamda 29 şişe sıralanabilirdir. Şişelerin ilk, başlangıç sıcaklığı üretim hattının bir diğer olan kalıpma işleminin kaydedildiği depolama bölümü atanmıştır. Sorunun bilgisayımsal değeri gerçekleşmiş fırın modeli içerisinde yalnızca 7 şişe sırası kaydedilmemiştir. Geliştirmeilen dizi işlemini yürüten, çalıştıran, fırın içerisinde bulunan 29 şişe sırasındaki her bir bardağın ısı transfer parçalarını sadece 7 şişe aralıklarının kaydedildiği bilgisayar tabanındaki benzetimi mümkün kılmıştır. Şişe sıraları arasındaki mesafenin etkisi üzerine değişken eksenli ölçümlendirme çalışması tam olarak yürütüldü. Bu bağlamda şişeler arasındaki mesafeler ve taşıyıcı kayış hızı birim zamanda ortaya çıkan iş aralığı sabit tutulacak şekilde tutulacak şekilde uyarlanmıştır. Çalışma kârlılıkları arasındaki mesafenin uygun bir değerinin olduğu ortaya çıkıyor. Çalışmada kullanılan şişe şekline mukabil sıra aralığının uygun değeri, şişe çapının yüzde 35'i olarak bulunuyordu.
