Termal analiz, bir sistemde ısı dağılımını, sıcaklık değişimlerini ve ısı akış yollarını inceleyen mühendislik disiplinidir.
Makine parçalarından savunma sanayi ekipmanlarına, elektronik devrelerden boru hatlarına kadar her yapı, ısıl etkiler altında farklı tepkiler verir.
Bu nedenle termal analiz, yalnızca sıcaklık değerlerini belirlemekle kalmaz; aynı zamanda dayanım, genleşme, yorulma ömrü ve güvenlik faktörlerinin hesaplanmasında da kritik rol oynar.
Fetech İleri Mühendislik olarak, ANSYS’in gelişmiş termal analiz modülleri ile bu süreci dijital ortamda simüle ediyor, ürünlerin gerçek çalışma koşullarını sanal ortamda test ediyoruz.
Bir sistemde ısı transferi üç temel yolla gerçekleşir:
İletim (Conduction): Katı malzeme içerisindeki ısıl enerji aktarımı. Fourier kanunu ile tanımlanır:
Burada k ısı iletkenliği, T sıcaklık dağılımıdır.
Konveksiyon (Convection): Katı yüzey ile akışkan ortam (örneğin hava veya su) arasındaki ısı transferidir.
h konveksiyon katsayısıdır ve ortam koşullarına göre değişir.
Radyasyon (Radiation): Yüksek sıcaklıklarda yüzeylerin elektromanyetik dalgalar yoluyla ısı yaymasıdır.
Gerçek mühendislik sistemlerinde bu üç mekanizma birlikte çalışır. ANSYS, tüm bu etkileri aynı anda hesaba katarak gerçekçi bir ısı transferi modeli oluşturur.
Analiz süreci, ürünün 3D veya 2D modelinin Workbench ortamına aktarılmasıyla başlar. Gereksiz detaylar sadeleştirilir, simetri koşulları belirlenir.
Bu aşamada CivilFEM for ANSYS gibi mühendislik eklentileri, inşaat ve makine bileşenlerinde geometri optimizasyonu için kullanılabilir.
Her malzeme için termal özellikler tanımlanır:
Isı iletkenliği (k),
Yoğunluk (ρ),
Özgül ısı kapasitesi (cₚ).
Sıcaklığa bağlı değişim gösteren malzemeler için ANSYS’te temperature-dependent tablolar oluşturulur.
Bu sayede örneğin bir alüminyum parçada yüksek sıcaklıkta iletkenliğin azalması gibi gerçek davranışlar modele yansıtılır.
Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM), modelin küçük elemanlara bölünmesi prensibine dayanır.
ANSYS Mesh aracı, sıcaklık gradyanlarının yüksek olduğu bölgelerde yoğun, kritik olmayan bölgelerde seyrek bir ağ oluşturmayı sağlar.
Bu sayede hem hesaplama süresi optimize edilir hem de sonuç doğruluğu artar.
ANSYS’te termal analizde en önemli adımlardan biri doğru sınır koşullarının tanımlanmasıdır:
Sabit sıcaklık (ör. 200 °C’lik yüzey),
Konveksiyon (ör. hava akımıyla soğutulan yüzey, h = 25 W/m²K),
Radyasyon (ör. yüksek sıcaklıklı yüzeyler),
İç ısı üretimi (ör. motor sargısı, elektronik devre).
Bu parametreler modelin gerçek çalışma ortamına uygun seçilmelidir.
ANSYS iki temel termal analiz tipi sunar:
Steady-State (Durağan) Analiz:
Zamanla değişmeyen, dengede kalmış sıcaklık dağılımlarını hesaplar.
Örneğin sürekli çalışan bir ısıtma elemanı veya sabit akışta boru hattı.
Transient (Geçici) Analiz:
Zamanla değişen sıcaklık etkilerini hesaba katar.
Örneğin motor bloğunun ilk çalıştırma anındaki ısınma süreci.
Geçici analizde zaman adımı, malzeme özellikleri ve başlangıç sıcaklığı doğru belirlenmelidir.
Analiz tamamlandığında elde edilen sonuçlar:
Sıcaklık konturları,
Isı akış vektörleri,
Sıcaklık farkı nedeniyle oluşan genleşme bölgeleri,
Enerji dengesine ait veriler.
ANSYS Post-Processing modülü sayesinde sonuçlar hem grafiksel (renk konturları, 3D animasyon) hem de sayısal (maksimum/minimum değerler) olarak görüntülenebilir.
Gerçek sistemlerde sıcaklık değişimi sadece termal davranışı değil, mekanik deformasyonu da etkiler.
Örneğin:
Fren diski ısındığında genişler,
Elektronik bileşenlerde lehim bölgeleri ısı nedeniyle gerilir,
Çelik konstrüksiyonlarda ısıl genleşme yapısal zorlanma oluşturur.
ANSYS Mechanical, bu etkileşimleri dikkate alarak termal-yapısal eşlenik analiz (Coupled Thermal-Structural) yapabilir.
Böylece sıcaklık dağılımından doğan termal gerilmeler ve boyut değişimleri hesaplanabilir.
Fetech İleri Mühendislik olarak ANSYS tabanlı termal analizleri aşağıdaki sektörlerde uyguluyoruz:
Savunma Sanayi: Yüksek sıcaklık altında çalışan sistem bileşenlerinin (örneğin torpido taşıyıcı, bariyer sistemleri) ısıl yük altındaki davranış analizi.
Otomotiv: Fren diskleri, egzoz sistemleri veya akü soğutma mekanizmalarında ısıl performans doğrulaması.
Makine ve İmalat: Kalıplama, kaynak, döküm veya ısıl işlem sırasında parça deformasyonlarının analizi.
Boru Hattı ve Basınçlı Kaplar: Akışkan sıcaklığına bağlı ısı kaybı, yalıtım gerekliliği ve termal stres analizi.
Bu analizlerin tamamında ANSYS Workbench, Fluent ve CivilFEM modüllerini entegre kullanıyoruz.
Sınır koşulları: Gerçekçi h (konveksiyon katsayısı) ve ortam sıcaklığı değerleri kullanılmalı.
Malzeme verileri: Sıcaklığa bağlı malzeme özellikleri (k, cₚ, ρ) tanımlanmalı.
Mesh kalitesi: Yüksek sıcaklık farklarının olduğu bölgelerde ağ yoğunluğu artırılmalı.
Enerji dengesi: Durağan analizlerde toplam ısı girişi = toplam ısı çıkışı olmalı.
Doğrulama: Analiz sonuçları mümkünse deneysel veya teorik verilerle karşılaştırılmalı.
Termal analiz, mühendisliğin en kritik alanlarından biridir.
ANSYS, bu süreci sadece hesaplamalı değil, fiziksel olarak anlamlandırılabilir bir simülasyon ortamına taşır.
Fetech İleri Mühendislik olarak biz, ürünlerin tasarım aşamasında bu analizleri yaparak:
Ar-Ge süresini kısaltıyor,
Test maliyetlerini düşürüyor,
Ürün güvenilirliğini artırıyoruz.