Numerical investigation of the radiant heating performance of a continuous annealing furnace

Tavlama bir tür ısıl işlem methodu olarak cam imalatı endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretim sürecinin son aşamasında tatbik edilir ve cam kalitesinde hâkim bir etki sahibidir. Yüklü sayıda cam üretimi gerçekleştilen ısıl işlem dizisi, özellikle sürekli tip tavlama fırınında gerçekleşir. Fırın içerisinde tavlama işleminin farklı aşamaları yine aynı fırının farklı bölümlerinde gerçekleşir. Fırının ısıtma bölgesindeki temel amaç; camın ısıtılarak tavlama sıcaklığına geri getirilmesidir. Fırın içerisindeki sıcaklığın 923 K mertebelerine ulaşması sebebiyle ışınım ile ısı transferi hayli önem arz etmektedir. Işınım ile ısı transferi iştirak halinde olmayan fırın ortamı sebebiyle çoğunlukla cam ile fırın duvarları arasındaki görüş katsayısına bağlı olarak hüküm sürer. Fırın duvarlarından yayılan ışınımın dalga boyu aralığında cam opak olarak kabul edilebilir. Cam nesnelerin fırın içerisindeki yerleşim planı, cam ve fırın duvarları arasındaki görüş katsayısı birbirine olan mesafeye bağlı olması sebebiyle fırının ısıtma etkililiği üzerinde hatırı sayılır ölçüde etkisi olabilir. Bahsi geçen sayısal çalışmada iletim ve ışınımı konu alan bir dizi işlem yürütücüsü geliştirilmiş ve bunun vasıtasıyla sürekli tip tavlama fırınının ışınımla ısınma bölümünde sürekli hareket halinde bulunan şişelerin ısınma niteliği ortaya koyulmuştur. Dizi işlem yürütücüsünde bilgisayarın merkezi işlemci birimi ve grafik işleme biriminden faydalanması nedeniyle karma bir nitelik söz konusudur. Opak yüzeyler arasındaki ışınımla ısı transferi "Backward Monte Carlo Ray Tracing" adı verilen metot ile hesaplandı. Bu metot, grafik işleme birimini ile yazılımsam entegrasyonda bulunarak bilgisayımsal değerini büyük ölçüde azaltmıştır. Toplam bilgisayımsal sürenin %91 (yüzde doksan bir) kadarı ışınım ile ısı transferi işlemleri ve yalnızca %9 (yüzde dokuz) kadarı iletim ile ısı transfer işlemleri için harcanmıştır. Dahası ışınım modeline ilişkin olarak iki sayısal methot geliştirildi. Her iki metot için de aynı hassaslık değerinin yakalandığı aralıkta ikinci dereceden doğruluk sahibi metot, birinci dereceden doğruluk sahibi metoda nispeten birim zaman aralığını 2,5 (2 tam, onda beş) kat artırmaya imkan vermiştir. Gerçeklenmiş fırın modeli, her bir sırada 15 şişe olmak üzere toplamda 29 şişe sırasına elverişlidir. Şişelerin ilk, başlangıç sıcaklığı üretim hattının bir diğer bölümü olan kalıpma işlemi dikkate alınarak atanmıştır. Problemin bilgisayımsal değeri gerçeklenmiş fırın modeli içerisinde yalnızca 7 şişe sırası dikkate alınarak azaltılmıştır. Geliştirilen dizi işlem yürütücü, algoritma, fırın içerisinde bulunan 29 şişe sırasındaki her bir bardağın ısı transfer mekanizmasını sadece 7 şişe sırası dikkate alınması suretiyle bilgisayar tabanlı benzetimi mümkün kılmıştır. Şişe sıraları arasındaki mesafenin etkisi üzerine değişken eksenli ölçülendirme çalışması nihayet yürütüldü. Bu bağlamda şişeler arasındaki mesafeler ve taşıyıcı kayış hızı birim zamanda çıkan iş oranını sabit kılacak şekilde birbirine uyarlandı. Çalışma bulguları şişe sıraları arası mesafenin uygun bir değeri olduğunu ortaya koyuyor. Çalışmada kullanılan şişe şekline mukabil sıra aralığının uygun değeri, şişe çapının yüzde 35'i olarak bulundu.