FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Başlık ile FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeAbsorpsiyonlu soğutma sisteminin simülasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1990) Yiğit, Abdulvahap ; Eğrican, Nilüfer ; 14298 ; Makine Mühendisliği ; Mechanical EngineeringBu çalışmada, enerji kaynağı olarak her türlü ısı enerjisini kullanan absorpsiyonlu soğutma sisteminin modeli elde edildi ve simülasyonu yapıldı. Önce soğutma sistemi elemanlarından olan absorber, çok detaylı bir şekilde incelendi. Absorber, film akışlı, dik borulu olarak düşünüldü. Akışın dik bir boru dışından olduğu ve boru cidar sıcaklığının, boru boyunca, lineer olarak değiştiği kabul edilerek, ısı geçiş, kütle geçiş ve sınır şart bağıntıları yazıldı. Ortaya çıkan simültane kısmi türevli diferansiyel denklemlerin çözümü için, sonlu fark denklemleri yazılarak bilgisayar yardımıyla, akış kalınlığı ve boru boyunca sıcaklık ve derişiklik dağılımları elde edildi. Elde edilen sıcaklık ve derişiklik dağılımlarından faydalanılarak, ısı taşınım ve kütle taşınım katsayıları bulundu. Soğutma sisteminin diğer elemanlarının herbiri, kovan-boru tipli ısı değiştiricisi olarak düşünüldü ve bilgisayar modelleri elde edildi. Absorpsiyonlu soğutma sistemi üzerinde daha önce yapılan ça lışmalarda, ısı değiştiricisi hesaplarında, parametre olarak toplam ısı geçiş katsayısı ile ısı geçiş alanının çarpımı (KxA) alınmıştır. Bu ça lışmada ise, soğutma sisteminin her bir elemanı için, akış şekline ve akışkan tipine bağlı olarak, boru içindeki ve dışındaki ısı taşınım katsayıları hesaplandı, bu değerler yardımıyla toplam ısı geçiş katsayısı bulundu. Herbir eleman için ısı değiştiricisi boyutlandırılması yapılarak, soğutma sistemi elemanlarının boyutları bulundu. Soğutma sistemi üzerinde parametrik çalışma yapılarak, sistem parametrelerinin soğutma tesir katsayısına (STK) ve sistem elemanlarının boyutları üzerine tesirleri incelendi. Elde edilen neticeler, grafikler ve tablolar halinde gösteri lerek yorumları yapıldı ve daha önceden yapılan teorik ve deneysel çalışmalarla karşılaştırıldı.
-
ÖgeAc Asenkron Motorun Model Tabanlı Denetimi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-01-06) Artar, Remzi ; Ertuğrul, Şeniz ; Makina Mühendisliği ; Mechanical EngineeringAC asenkron motorlar, bakım gerektirmeyen yapıları, nispeten düşük maliyetli olmaları ve daha yüksek hızlara çıkabilmeler gibi avantajları nedeniyle endüstride oldukça yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Dolaylı Alan Oryantasyonlu Kontrol (AOK) metodunun geliştirilmesi, bu motorların yüksek başarım gerektiren değişken hız uygulamalarında da kullanılmasını sağlamıştır. Halihazırda yapısal basitliği nedeniyle asenkron motorların hız kontrolünde PID kontrol yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yaygın kullanımına rağmen PID kontrolün bir çok dezavantajları söz konusudur. En önemli dezavantajlarından biri her çalışma şartı için arzu edilen kapalı çevrim performans taleplerini karşılayabilecek kazanç parametrelerinin ayarlanmasındaki zorluklardır. Tipik bir AOK uygulamasında, aynı anda ayar edilmesi gereken birden fazla sayıda PID çevrimi olabilir. Performans talepleri genellikle birbirleriyle çeliştiğinden, her çevrim için en uygun kazançları ayarlama işi oldukça uzun zaman ve aynı zamanda deneyim gerektirir. Ayarlanmasının nispeten kolay olduğu Model Öngörülü Kontrol, son yıllarda doğrusal ve doğrusal olmayan sistemlerin kontrolünde oldukça yaygın olarak kullanılan önemli metodlardan biri olmuştur. Bu çalışmada PID kontrolün dezavantajlarını ortadan kaldırmak ve AC asenkron motorun bozucu reddetme cevabı ve kumanda izleme performansını geliştirmek üzere model tabanlı denetçiler geliştirilmiştir. Geliştirilen denetçilerin gürbüzlüğünü ve izleme performansını ortaya çıkarmak için değişik benzetim senaryoları oluşturulmuştur. Geliştirilen model öngörülü denetçinin etkinliğini doğrulamak üzere deneysel bir düzenek tasarlanmıştır. Bu tekniğin verimli bir şekilde endüstriyel AOK uygulamalarında kararlığı ve gürbüzlüğü geliştirmek üzere kullanılabileceği sonucuna erişilmiştir.
-
ÖgeAdaptif Hata Kestirimine Dayalı Dinamik Alt Yapılandırma Yöntemi İle Katılaşma Ve Elastodinamik Problemlerinin Nümerik Çözümü(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-02-02) Uyar, Özgür ; Muğan, Ata ; 10100726 ; Makina Mühendisliği ; Mechanical EngineeringGünümüzde klasik sonlu elemanlar yöntemi bir çok mühendislik probleminin nümerik olarak çözümünde kullanılan oldukça güçlü bir yöntemdir. Polinomların yaklaşım fonksiyonu olarak kullanılması sonlu elemanlar yönteminin temelini oluşturmaktadır ve bu sebeple problemlerin sonlu elemanlar yöntemi ile çözümünden elde edilen sonuçlar polinomlar gibi yumuşak bir karakteristiğe sahiptir. Katılaşma problemleri ve elastodinamik problemleri gibi hareketli keskin cepheler ve süreksizlikler içeren dinamik problemler gözönüne alındığında sonlu elemanlar yönteminin yumuşak yapısından dolayı kabul edilebilir hassas sonuçların elde edilebilmesi için çözüm bölgesinde çok ince sonlu elemalar ağının kullanılması gerekmektedir. Bu durum eleman sayısını artırarak çözüm sürelerinin uzamasına ve hesaplama maliyetlerinin artmasına sebep olmaktadır. Keskin cepheler ve süreksizlikler içeren dinamik problemlerin çözümünde klasik sonlu elemanlar yönteminin kullanılmasının dez avantajı çözüm maliyetlerinin yüksek olmasıdır. Bu tez çalışmasında klasik sonlu elemanlar yönteminin çözüm maliyetlerini düşürerek hassas sonuçlar elde edebilmek için adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemi geliştirilerek katılaşma ve elastodinamik problemlerine uygulanmıştır. Katılaşma problemleri ele alındığında sonlu elemanlar yöntemi ile hassas sonuçların elde edilebilmesi için iki hususa dikkat edilmesi gerekmektedir. Bunlardan birincisi katılaşma cephesinin konumunun doğru bir şekilde tesbit edilmesi diğer husus ise katılaşma cephesinden etkilenen peltemsi bölgenin konumunun düzgün bir şekilde belirlenmesidir. Literatürde bulunan daha önceki çalışmalar incelendiğinde kayar sonlu elemanlar yöntemi, genelleştirilmiş sonlu elemanlar yöntemi, uzatılmış sonlu elemanlar yöntemi ve ağsız yöntemlerin daha çok süreksizliğin olduğu katı sıvı bölge arasında bulunan katılaşma cephesinin bulunduğu ara yüze yoğunlaştığı ve bu ara yüze düğüm noktaları yerleştirerek çözümün gerçekleştirildiği görülmektedir. Bu sebeple bu yöntemler ile süreksizliğin bulunduğu katılaşma cephesinde oldukça hassas sonuçlar elde edilebilmektedir. Ancak bu yöntemlerin tamamı katılaşma problemlerinin çözüm hassasiyetini etkileyen peltemsi bölgeyi gözardı etmektedir. Katılaşma problemlerinin çözümünde kullanılan diğer bir yöntem ise adaptif hata kestirimine dayalı yeniden sonlu elemanlar ağı oluşturma yöntemidir. Diğer yöntemlerden farklı olarak bu yöntem hem süreksizliğin olduğu katılaşma cephesini hem de peltems bölgeyi başarılı bir şekilde yakalayabilmektedir. Bu yöntemin dezavantajı ise bütün çözüm bölgesinde yeniden sonlu elemanlar ağı oluşturulduğu için yine yüksek çözüm maliyetidir. Çözüm bölgesinin boyutları büyüdüğü zaman çözüm süreli şiddetli bir şekilde artmaktadır. Bu yöntemin diğer bir dezavantajı ise sonlu elemanlar ağının uyumudur. Bu yöntem uygulanırken eski sonlu elemanlar ağı ile elde edilen sonuçların yeni sonlu elemanlar ağına aktarılması gerekmektedir ve bunun için yine çözüm sürelerini uzatan özel algoritmalar kullanılmaktadır. Eğer çözüm bölgesinin küçük bir kısmına bölgesel olarak yeniden sonlu elemanlar ağı oluşturulacaksa yeni sonlu elemanlar ağını eski sonlu elemanlar ağına bölgesel olarak bağlamak da oldukça zordur. Bu çalışmada geliştirilen adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yönteminde, oluşturulan alt yapı orjinal global sonlu elemanlar ağından ayrı olarak oluşturulduğu için böyle bir durum oluşmamaktadır ve alt yapı bölgesinde bulunan sonlu elemanlar ağının yoğunluğu serbest bir şekilde artırılabilmektedir. Benzer şekilde elastodinamik problemleri ele alındığında ise sonlu elemanlar yöntemi ile hassas sonuçların elde edilebilmesi için üç hususa dikkat etmek gerekmektedir. Bunlardan birincisi dalga cephesinin konumunun doğru bir şekilde belirlenmesi, ikincisi dalga boyunu içeren elemanların doğru bir şekilde belirlenmesi ve son husus ise dağılım ve ayrılma hatalarının azaltılmasıdır. Dağılım hatalarının kaynağını büyük zaman adımları oluştururken ayrılma hatalarına büyük eleman boyutları neden olmaktadır. Elastodinamik problemlerinin çözümünde klasik sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak çok küçük zaman adımları ve çok küçük eleman boyutları ile hassas çözümler elde edilebilir ancak bu durum CPU zamanlarının ve çözüm maliyetlerinin şiddetli bir şekilde yükselmesine sebep olacaktır. Literatürde çözüm zamanlarını azaltarak kabul edilebilir seviyelerde sonuçların elde edilebileceği yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemlerden genelleştirilmiş sonlu elemanlar yöntemi / uzatılmış sonlu elemanlar yöntemi / zenginleştirilmiş sonlu elemanlar yöntemi ve ağsız yöntemler oldukça güçlü yöntemlerdir ve bu yöntemler ile süreksizlik arayüzünde oldukça hassas sonuçlar elde edilebilmektedir. Belirtilen yöntemler çözüm esnasında dalga cephesinin bulunduğu süreksizlik arayüzüne sanal veya gerçek düğüm noktaları ekleyerek bu bölgede hassas çözümlerin elde edilmesine imkan tanımaktadır fakat dalga boyunu içeren elemanları gözardı etmektedir. Bu sebeple bu bölgedeki ayrılma hataları hesaplamalara katılmamaktadır. Spektral sonlu elemanlar yöntemi ve dalgacık sonlu elemanlar yöntemi incelendiğinde ise bu yöntemlerin çözüm bölgesinde hassas sonuçların elde edilebilmesi için yaklaşım fonksiyonu olarak polinom olmayan bazı özel fonksiyonları kullandığı görülmektedir ancak bu fonksiyonların kullanımı yine hesaplama ve çözüm maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır. Diğer bir yöntem olan uzay-zaman sonlu elemanlar yönteminde uzayda sürekli, zamanda ise süreksiz olan şekil fonksiyonları kullanılarak uzay ve zaman eş zamanlı olarak bölünmektedir. Bu yöntem ile gerilme dalgası cephesinde oldukça hassas ve dengeli çözümler elde edilebilmektedir. Fakat bu yöntemde karmaşık formülasyonların kullanılmasından dolayı ve oluşturulan lineer sistemlerin boyutlarının büyük olmasından dolayı çözüm süreleri oldukça yüksektir. Bu durum büyük çözüm bölgelerinde çözüm süresi açısından dezavantaj yaratmaktadır. Katılaşma problemleri ile ilgili olan bir önceki paragrafta bahsedilen hata kestirimine dayalı adaptif yeniden sonlu elemanlar ağı oluşturma yöntemi elastodinamik problemlerine de uygulanmaktadır. Benzer bir yöntem olan adaptif ölçeklendirilmiş sınır sonlu elemanlar yöntemi de bu problemlerin çözümünde kulanılan diğer bir yöntemdir. Her iki yöntem de katılaşma problemlerinin anlatıldığı bir önceki paragrafta belirtilen adaptif yeniden sonlu elemanlar ağı oluşturma yönteminin avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Adaptif sonlu elemanlar ağı süperpozisyonu yöntemi, global modelden bağımsız olarak iyileştirilmiş sonlu elemanlar ağına sahip alt bölgeler oluşturarak global modelin sonlu elemanlar ağını global matrisleri değiştirmeden iyileştirmektedir. Bu yöntem dalga cephesini ve dalga boyunu içeren bölgeleri yakalayarak bu bölgelerde iyileştirilmiş sonlu elemanlar ağının oluşturulmasına imkan tanımakta ve bu bölgelerde hassas sonuçların elde edilmesini sağlamaktadır. Adaptif sonlu elemanlar ağı süperpozisyonu yönteminin bu özellikleri her ne kadar bu tezde geliştirilen adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemine benzese de iki yöntem arasında kesin farklar bulunmaktadır. Adaptif sonlu elemanlar ağı süperpozisyonu yöntemi lokal olarak iyileştirilmiş sonlu elemanlar ağı sonuçları ile global kaba sonlu elemanlar ağı sonuçlarını süperpoze ederek problemlerin çözümünü elde etmektedir. Adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemi ise lokal olarak iyileştirilmiş sonlu elemanlar ağı sonuçlarını global modelden bağımsız bir alt yapı modeli ile elde etmekte ve bu sonuçları global model kaba sonlu elemanlar ağı ile elde edilen sonuçlar ile birleştirmektedir. Adaptif sonlu elemanlar ağı süperpozisyonu yönteminde lokal sonlu elemanlar ağı düğüm noktası ile global sonlu elemanlar ağı düğüm noktası çakıştığında, toplam yer değiştirmedeki uyumluluğu sağlamak için ilgili düğüm noktasının lokal sonlu elemanlar ağındaki değeri sıfır olarak alınmaktadır. Bu sebeple çakışan düğüm noktalarındaki hatalar adaptif sonlu elemanlar ağı süperpozisyonu yöntemi ile düzeltilememektedir. Adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemi ise yüksek hata içeren elemanlara komşu olan düşük hata içeren elemanların düğüm noktalarını sınır şartı olarak kullanmaktadır. Bu sebeple yüksek hata içeren elemanların tüm düğüm noktalarındaki çözümler iyileştirilmektedir. Bu sebeple bu tez çalışmasında geliştirilen adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemi ile daha hassas ve doğru çözümler elde edilebilmektedir. Adaptif sonlu elemanlar ağı süperpozisyonu yöntemi, birleştirme matrislerini oluşturmak için lokal koordinatları ve global koordinatlardan lokal koordinatlara geçmek için ters eşleştirme ve Newton-Raphson iterasyonlarını kullanmaktadır. Koordinat transferleri için kullanılan bu lineer olmayan transferler çözüm sürelerinin artmasına sebep olmaktadır. Adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemi ise alt yapı modeli ile elde edilen lokal çözümleri direkt olarak global model çözümleri ile birleştirmektedir. Bu nedenle ters eşleştirme ve Newton-Raphson iterasyonları kullanılmamaktadır. Bu özelliğinden dolayı adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemi adaptif sonlu elemanlar ağı süperpozisyonu yöntemine göre daha hızlı çalışmaktadır. Yukarıda anlatılan yöntemlerin eksikliklerinden dolayı, bu tezde yeni bir teknik olan adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntem ile dinamik problemlerin çözüm adımlarında orjinal sonlu elemanlar ağı değişmemekte ve kaba sonlu elemanlar ağı ile oldukça hassas sonuçlar elde edilebilmektedir. Dinamik problerin çözümü esnasında hesaplama bölgesinde kaba bir sonlu elemanlar ağı oluşturulmakta daha sonra hata seviyesi belli bir eşik değerin üzerinde olan katılaşma cephesini, dalga cephesini, peltemsi bölgeyi ve dalga boyunu içeren elemanlar her bir çözüm adımında hata enerji norm kestirimi ile belirlenmektedir. Daha sonra belirlenen bu elemanlar kullanılarak global modelden bağımsız bir alt yapı modeli oluşturulmakta ve bu modelin sonlu elemanlar ağı elemanlar bölünerek inceltilmektedir. Böylece her bir çözüm adımında orjinal global model için ince elemanlar ile yeniden sonlu elemanlar modeli oluşturulmadığı için çözüm zamanları önemli ölçüde azalmaktadır. Alt yapı modelinin sınır şartları ise global modelin alt yapıya komşu olan elemanlarının düğüm noktalarından elde edilmektedir ki bu düğüm noktalarında hesaplanan değerlerin hata oranı belirlenen eşik değerinin altındadır. Daha sonra orijinal global modelin sonlu elemanlar denklemleri ile alt yapı modelinin sonlu elemanlar denklemleri birleştirilmekte ve birleştirilmiş sonlu elemanlar denklemleri eş zamanlı olarak çözülmektedir. Bu şekilde her bir çözüm adımında adaptif hata kestirimine dayalı olarak alt yapı modelleri oluşturulmakta ve eğer çözüm adımları esnasında alt yapı modelini oluşturan elemanların hata seviyeleri belirlenen eşik değerinin altına düşerse bu elemanlar alt yapı modelinden çıkarılmaktadır. Bu tez çalışmasının katışama bölümünde geliştirilen yöntem kurşun alaşımının katılaşma problemine uygulanmıştır. Öncelikle çözüm için geliştirilen Matlab kodunun güvenilirliğini belirlemek için karşılaştırma çalışmaları yapılmıştır. Karşılaştırma çalışmaları esnasında basit bir zamana bağlı ısı transferi problemi hem geliştirilen Matlab kodu hem de Abaqus ticari sonlu elemanlar yazılımı ile çözülmüştür. Daha sonra elde edilen sonuçlar birbiri ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma çalışmalarından oldukça yakın sonuçlar elde edildikten sonra geliştirilen dinamik alt yapılandırma yöntemi kodu katılaşma problemlerine uygulanmıştır. Çalışma esnasında her bir adımda elemanların hata enerji normlarını değerlendirmek için kullanılan ısı akıları süper yakınsak yama iyileştirmesi tekniği ile elde edilmiştir. Katılaşma cephesi, peltemsi bölge ve belirlenen eşik değerinin üzerinde hata içeren elemanlar hata kestirimi ile belirlenmiştir. Daha sonra belirlenen elemanlar kullanılarak alt yapı modeli oluşturulmuş ve bu alt yapının sonlu elemalar ağı ince bir şekilde global modelden bağımsız olarak oluşturulmuştur. Son olarak global model sonlu elemanlar denklemleri ile alt yapı sonlu elemanlar modelleri birleştirilerek eş zamanlı olarak çözümler gerçekleştirilmiştir. Aynı problem ince sonlu elemanlar ağı ile modellenerek ve klasik sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yeniden çözülmüş ve elde edilen sonuçlar dinamik alt yapılandırma yöntemi ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda kaba sonlu elemanlar ağ denklemlerinin kulalnılmasının hesaplama maliyetlerini düşürdüğü görülmüştür. Bölüm sonunda sayısal sonuçlar sunulmuş ve önerilen yaklaşımın adaptif hata kestirimi algoritmasının yardımı ile diğer yöntemlere göre üstünlükleri gösterilmiştir. Önerilen yöntem nümerik çözüm sürelerini kısaltırken çözümlerin hassasiyetini artırmakta ve hassas bir şekilde katılaşma cephesini ve peltemsi bölgeyi yakalamaktadır. Çaışmanın elastodinamik bölümünde ise geliştirilen yöntem elastodinamik problemine uygulanmıştır. Öncelikle çözüm için geliştirilen Matlab kodunun güvenilirliğini belirlemek için karşılaştırma çalışmaları yapılmıştır. Karşılaştırma çalışmaları esnasında basit bir problem hem geliştirilen Matlab kodu hem de Abaqus ticari sonlu elemanlar yazılımı ile çözülmüştür. Daha sonra elde edilen sonuçlar birbiri ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma çalışmalarından oldukça yakın sonuçlar elde edildikten sonra geliştirilen dinamik alt yapılandırma yöntemi kodu elastodinamik problemlerine uygulanmıştır. Çalışma esnasında her bir adımda elemanların hata enerji normlarını değerlendirmek için kullanılan gerilme değerleri süper yakınsak yama iyileştirmesi tekniği ile elde edilmiştir. Gerilme dalga cephesi, gerilme dalga boyu bölgesi ve belirlenen eşik değerinin üzerinde hata içeren elemanlar hata kestirimi ile belirlenmiştir. Daha sonra belirlenen elemanlar kullanılarak alt yapı modeli oluşturulmuş ve bu alt yapının sonlu elemalar ağı ince bir şekilde global modelden bağımsız olarak oluşturulmuştur. Son olarak global model sonlu elemanlar denklemleri ile alt yapı sonlu elemanlar modelleri birleştirilerek eş zamanlı olarak çözümler gerçekleştirilmiştir. Aynı problem ince sonlu elemanlar ağı ile modellenerek ve klasik sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yeniden çözülmüş ve elde edilen sonuçlar dinamik alt yapılandırma yöntemi ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda kaba sonlu elemanlar ağ denklemlerinin kulalnılmasının hesaplama maliyetlerini düşürdüğü görülmüştür. Bölüm sonunda sayısal sonuçlar sunulmuş ve önerilen yaklaşımın adaptif hata kestirimi algoritmasının yardımı ile diğer yöntemlere göre üstünlükleri gösterilmiştir. Önerilen yöntem nümerik çözüm sürelerini kısaltırken çözümlerin hassasiyetini artırmakta ve hassas bir şekilde gerilme dalga cephesini ve gerilme dalga boyu bölgesini yakalamaktadır. Elde edilen nümerik sonuçların sonucunda dinamik alt yapılandırma tekniğinin literatürde bulunan diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında oldukça avantajlı olduğu belirlenmiştir. Literatürde bulunan diğer yöntemlerin eksiklikleri aşağıdaki paragrafta verilmiştir. Literatürde alternatif yöntemlerle ilgili olarak net bir CPU zamanı karşılaştırması bulunmamaktadır. Fakat, ilgili alternatif yöntemler incelendiğinde bu yöntemlerin birçoğunda çözüm hassasiyetinin artırılması amacıyla global çözüm bölgesinin düğüm noktası sayılarının ve eleman sayılarının çözüm esnasında artırıldığı görülmektedir ve bu durum her bir çözüm adımında global matrislerin güncelleştirilmesini gerekli kılmaktadır. Her bir çözüm adımında global matrislerin yeniden oluşturulması özellikle büyük çözüm bölgelerinde çözüm sürelerinin şiddetli bir şekilde yükselmesine sebep olacaktır. Adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yönteminin avntajı bu noktada ortaya çıkmaktadır. Adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemi kullanıldığında orjinal global model etkilenmemekte ve global matrislerin her bir adımda yeniden oluşturulması gerekmemektedir. Bunun yerine her bir çözüm adımında global modelin küçük bir kısmını oluşturan alt yapı modeli global modelden baağımsız olarak oluşturulmaktadır. Bu sebeple alt yapı modeli matrislerinin oluşturulması alternatif yöntemlere göre çok daha hızlı ve zaman kazandırıcıdır. Ayrıca çözüm esnasında adımlar arasında alt yapının oluşturulduğu bölgelerin değişmemesi durumunda bir önceki adımda hazırlanan alt yapı modeli aynen kullanılabilir ve bu durum çözüm sürelerinin daha da kısalmasını sağlayacaktır. Yeniden sonlu elemanlar ağı oluşturulmasını ve dolayısıyla global matrislerin güncellenmesini gerektirmeyen diğer yöntemler ise yüksek mertebeli elemanlar ve karmaşık çözüm yöntemleri kullanmaktadır. Çözüm yöntemlerinin karmaşık oluşu ve yüksek mertebeli elemanların kullanılması çözüm sürelerinin artmasına sebep olmaktadır. Adaptif hata kestirimine dayalı dinamik alt yapılandırma yöntemi oldukça basit ve kullanışlı olan klasik sonlu elemanlar formülasyonlarını kullanmaktadır. Bu sebeple, bu elemanlar kullanılarak gerçekleştirilen hesaplamaların maliyetleri literatürdeki diğer yöntemlere göre daha düşüktür.
-
ÖgeAğır Hizmet Dizel Motorlarında Tüm Çevrim Zamanlarının Modellenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-03-24) İmren, Abdurrahman ; Soruşbay, Cem ; Makina Mühendisliği ; Mechanical EngineeringBu çalışmada, 4 zamanlı, yüksek basınçlı aşırı doldurma oranlarında çalışan bir ağır hizmet dizel motorunun tüm çevrim zamanlarının simülasyonu KIVA-4 araştırma yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Yanma odası, emme ve egzoz supapları ve manifoldların dahil edildiği motorun ağ sistemi yapısal olmayan O-Grid blokları kullanılarak hazırlanmıştır. KIVA-4 ağ yapısı oluşturmak içinse STAR-CD ve CFX sonuçlarından yararlanılarak bir ağ yapısı dönüşüm programı yazılmıştır. Yakıt demeti atomizasyon ve damlacık dinamiği modeli orijinal ERC modeli üzerinde modifiye edilerek oluşturulan hibrit KH-RT modeli ile tanımlanmıştır. Damlacıkların çarpışmasını temsil eden model ise mevcut KIVA modelinin yakıt demetinin ağ yapısına olan bağımlılığını azaltmak için damlacık yörüngelerini esas alan bir algoritma ile yeniden düzenlenmiştir. KIVA-4 yazılımındaki çok bileşenli buharlaşma modeli kullanılan temsili dizel mekanizmasının yapısı düşünülerek tek bileşenli buharlaşma modeline dönüştürülmüştür. Diesel yakıtının kimyasal yapısı heptan (70%) ve tolüen (30%) karışımı ile temsil edilmiştir. Temsili mekanizma 71 bileşen ve 321 reaksiyon içermektedir. Türbülanslı yanma modeli ise EDC (Eddy Dissipation Concept) modeli tabanlı kısmi karışımlı reaktör modeli ile ele alınmıştır. İs oluşumu öncül bileşen A2R5 kullanılarak, NOx oluşumu ise Zel’dovich reaksiyonları ile tanımlanmıştır. KIVA-3V kodu kullanılarak yapılan sektörel ağ yapısı üzerindeki yanma koşularında iyi sonuçlar alınmış, tüm geometriyi kapsayan ağ üzerindeki sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Tüm geometriyi kapsayan ağın kullanıldığı koşularda motorun tüm zamanları başarılı bir şekilde modellenmiştir. Sonuçlar deneysel silindir içi basınç ve ısı açığa çıkma hızları esas alınarak karşılaştırılmıştır. Geliştirilen tüm çevrim modelinin uygulaması olarak mevcut motorun çift yakıtlı sisteme dönüştürülmesi incelenmiştir.
-
ÖgeAktif Akış Kontrolü İçin Jet Ve Vorteks Aktüatörünün Deneysel Ve Sayısal Araştırılması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011-01-07) Çadırcı, Sertaç ; Güneş, Hasan ; Makina Mühendisliği ; Mechanical EngineeringBu doktora tezi çerçevesinde aktif akış kontrolü için geliştirilmiş olan jet ve vorteks aktüatörü (JaVA) deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Aktif akış kontrolü uygulamasının hava, kara ve deniz taşıtları ile akım makinalarının aerodinamik performansını ve verimini arttırabileceği ve buna bağlı gürültü ve egzoz emisyonlarını da azaltacağı bilinmektedir. Klasik aktif akış kontrolüne bir örnek olmak üzere cidar yakınındaki sınır tabaka içerisinde hava jeti veya vorteks oluşturarak akışa ilave enerji verilebilir, ve sınır tabakanın cidardan ayrılması geciktirilmiş olur. Böylece akışa karşı koyan direnç kuvvetleri azaltılır, gürültü kaynakları ve istenmeyen daimi olmayan çalkantılar en az düzeye indirgenebilir. Bu bağlamda, JaVA kaynaklı akış tipleri (farklı yönlere doğru gelişen jetler, vorteks ve kaotik akışlar), önce durgun suda sonra su kanalında akış görüntüleme ile gözlemlenmiş bu akışlar yöneten boyutsuz parametrelerle ifade edilerek tanımlanmıştır. Daha sonra parçacık görüntüleme ile hız ölçme (PIV) ile deneysel olarak hız vektörleri elde edilmiştir. Deney verileri gereken durumlarda Kriging yöntemi ile iyileştirilmiş ve zenginleştirilmiştir. Ayrıca durgun sudaki akış görüntüleme sonuçlarına optik akış hesap yaklaşımı uygulanmak suretiyle akış alanları çıkarılmış ve zamana bağlı davranışları incelenmiştir. Deneyler ile gerek durgun su tankında gerekse su kanalında ayrıntılı olarak incelenen JaVA kaynaklı akış tiplerinin, Fluent ticari yazılımı ile sayısal modellemesi yapılmış ve su kanalında JaVA-sınır tabaka etkileşimi değişik parametreler için ortaya konmuştur. Sayısal modelleme ile elde edilen sınır tabaka hız profilleri, deneysel verilerle büyük ölçüde örtüşmüştür. Ayrıca, sayısal modellemeler, akışı yöneten parametrelere bağlı olarak sınır tabaka kalınlığı, öteleme kalınlığı, momentum kalınlığı, sürtünme katsayısı gibi sınır tabaka karakteristiklerinin değişiminin anlaşılmasına ve yorumlanmasına olanak tanımıştır.
-
ÖgeAkıllı Araçlar Kapsamında İleri Sürüş Destek Sistemlerinde Sensör Füzyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-10-23) Altay, İlker ; Güvenç, Bilin Aksun ; 10054850 ; Makina Mühendisliği ; Mechanical EngineeringGüvenli Sürüş Projesi kapsamında, 2005 yılında İstanbul içinde şehiriçi ve çevreyolunu kapsayacak şekilde belirlenmiş 25 km’lik bir rotada araç çevresi, yol ve sürücü davranışları hakkında veri toplayan sensörlerle donatılmış Güvenli Sürüş aracının 108 farklı sürücü tarafından kullanılmasıyla toplanan verilerden oluşan bir veri tabanı oluşturulmuştur. Bu tezin ikinci bölümünde bu veritabanından rastgele seçilen sürücülerin verileri kullanılarak sürücünün fren pedal basıncı, gaz pedal ile direksiyon açısı kullanımı gibi sensör verilerinin marjinal dağılım analizi gerçekleştirilmiş, frekans spektrumları incelenmiş ve literatür ile karşılaştırılmıştır. Güvenli Sürüş aracı üzerinde bulunan lidar sensörü, çevre koşulları ile ilgili radar sensörüne göre daha çok bilgi sağlayabildiğinden İleri Sürüş Destek Sistemleri’nin (İSDS) gelecekteki uygulamalarında lidar kullanılması beklenmektedir. Bu sebeple üçüncü bölümde Güvenli Sürüş aracından alınan lidar verisinin detaylı analizi üzerine yoğunlaşılmıştır. Fren, gaz pedal basıncı, lidar ile GPS sensörü verilerinin zamanları eşitlenerek farklı sensör verilerinin birlikte incelenmesine temel oluşturulmuştur. İki farklı sürücü için takip mesafesi - araç hızı grafiğinden iki farklı sürüş karakteristiği tespiti yapılmıştır. Önemli bir sürüş parametresi olan takip süresi tanımlanmış ve örnek bir sürücü için sıkışık trafik ve çevreyolunda incelenmiştir. Izgara temelli ve nokta mesafe temelli yöntemler kullanılarak lidar verisinde Güvenli Sürüş aracının önündeki farklı araçlar tespit edilmiştir. Nokta mesafe temelli yöntem seçilip kullanılarak lidarda tespit edilen araçları bir sonraki lidar taramasında tanımak ve izlemek için Kalman filtresi kullanılmıştır. Kalman filtresi ile tespit edilen takip süresinin lidar taramasındaki araca dik doğru boyunca en yakın araç tespit edilerek tespit edilen takip süresine göre üstün yönleri tespit edilmiştir. Şehiriçi ve çevreyolunda Kalman filtresi ile tespit edilen ön araç takip süreleri farklı sürücüler için karşılaştırılmıştır. THW, araç hızı, bağıl mesafe, fren ve gaz basınçları kullanılarak farklı grafik denemeleri sunulmuştur. Bu veriler ışığında %90’ı sürücü hatasından kaynaklanan trafik kazalarını önlemek ve sürücü iş yükünü azaltmak için İleri Sürüş Destek Sistemleri ve otonom araç gerekliliği üzerinde durulmuştur. Dördüncü bölümde, üçüncü bölümde kazaları önlemek için tavsiye edilen İleri Sürüş Destek Sistemleri’nden araştırma grubumuz MEKAR takımının GCDC 2011 yarışmasında geliştirmiş olduğu Adaptif Seyir Kontrolü (ASK) sistemi Güvenli Sürüş proje veritabanından alınan sürüş verileri kullanılarak test edilmiştir. Güvenli Sürüş projesi verilerinden seçilmiş bir hız profiline sahip araç, kendi ASK kontrolcümüzün denetimindeki sanal araç tarafından takip edilmektedir. Bu test, ASK sisteminin İstanbul trafiğinde test edilmesi anlamına gelir. Güvenli Sürüş projesinden seçilen farklı sürücüler için takip süreleri incelenmiş ve ASK sisteminin gerekliliği vurgulanmıştır. Bir sonraki adım olarak, aynı ASK sistemi Carsim simülasyon ortamında aynı senaryo ile test edilmiştir. ASK sistemini Carsim sanal ortamında test ederken araç dinamiği GCDC’de kullanılan modelden daha kompleks bir model olan Carsim araç modeli olarak alınmıştır. Bu sanal ortam değişik senaryolarda ve farklı trafik koşullarında ASK sisteminin testine zemin oluşturur. Karayolu taşıtlarında yüksek otomasyonlu sürüş (YOS) amacıyla, İleri Sürüş Destek Sistemleri’nden biri olan Kooperatif Adaptif Sürüş Kontrol sistemi kullanılarak yapılan kooperatif sürüş ve otonom yörünge takibi için GPS sensör konumunun kullanımı iki güncel araştırma konusudur. Bu iki uygulamada da alınan GPS verisinin yüksek doğrulukta olması ve hızlı örneklenmesi gerekir. Beşinci bölümde tek başına GPS kullanımı ile karşılaştırıldığında daha hızlı örnekleme ve daha doğru konum ve hız verisi sağlayan geçici GPS kesilmelerinde belirli bir süre GPS konum ve araç hızı verisini tahmin edebilen bir gevşek bağlı GPS/INS entegrasyonu üzerine çalışılmıştır. Yol testlerine geçmeden önce ön hazırlık olarak Carmaker sanal ortamında INS algoritması ve GPS/INS entegrasyonu denenmiştir. Burada amaç farklı örnekleme frekanslarının, hatalarının ve viraj etkisini incelemek ve GPS/INS entegrasyonunu kullanarak GPS sensöründen daha yüksek örnekleme frekansında araç konum ve hız bilgisini yayınlamaktır. Deney kısmında ilk olarak GPS/INS entegrasyonunu kendi içinde gerçekleştiren hazır bir sensöre sadece rotasyon açıları uygulanarak literatürde yaygın olarak kullanılan çeşitli INS algoritmaları denenmiştir. INS algoritmalarının doğruluğu test edildikten sonra deneysel aracın yol testlerinde belirlenen bir rotada hazır sensör ile kendi programında veri toplanmıştır. Daha sonra toplanan bu veriler Matlab Simulink ortamında genişletilmiş Kalman filtresi kullanılarak geliştirilmiş olan farklı GPS/INS entegrasyonu yöntemlerinde kullanılmıştır. Düzlemsel INS denklemleri çıkarılmış ve düzlemsel GPS/INS entegrasyonu denenmiştir. Açık ve kapalı GPS/INS entegrasyonları karşılaştırılmıştır.
-
ÖgeAlumina Ve Silisyum Karbür’ün Mukavemet Özellikleri Üzerine Üretim Şartları Ve Bileşimin Etkisi(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Yıldırım, İsmail ; Arpacı, M. Alaeddin ; İmalat ; ManufacturingBu çalışmada, Al2O3 ve farklı içerikte SiC karışımlar hazırlanmış, tek yönlü ve soğuk izostatik presleme tekniği ile preslenmişlerdir. Şekillendirilen numunelerin yaş yoğunlukları tespit edilmiş, piroliz işlemi silisyum karbür numunelerde sinterleme öncesi ara işlem olarak kullanılmıştır. Numuneler, katı - katı ve katı - sıvı difüzyonu tekniği ile açık atmosfer ve argon gaz atmosferinde farklı sıcaklık ve sürelerde sinterlenerek üretilmişlerdir. Elde edilen numunelerin sinterleme sonrasında sahip oldukları, porozite, yoğunluk, sinterleme küçülmesi, sertlik, iki eksenli eğilme mukavemeti, kırılma tokluğu ve adezif aşınma mukavemeti özellikleri incelenmiş, X-Işınları ve Scanning Elektron Mikroskobuyla, faz ve içyapı analizleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçların literatürde verilen değerlerle uyum içinde olduğu belirlenmiştir.
-
ÖgeAlüminyum metal köpük içinde darbeli akışın ısı geçişine etkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Arbak, Altay ; Özdemir, Mustafa ; 692757 ; Makine MühendisliğiBu çalışmada bir yüzeyinden sabit ısı akısı (12787 W/m^2) uygulanan, metal köpük ile doldurulmuş kanal içerisindeki ısı geçişi zamana bağlı olarak incelenmiştir. Kullanılan alüminyum metal köpük 20 ppi gözenek sıklığına ve % 91,8 gözenekliliğe sahiptir. Akışkan olarak su kullanılmıştır. Kurulan deney tesisatı yardımıyla ilk olarak Forchheimer akış rejimi için deneysel basınç düşüşü-hız ilişkisi elde edilmiştir. Bu sonuçlar analiz edilerek metal köpüğün geçirgenliği ve şekil sürüklenme katsayısı hesaplanmıştır. Ortamın geçirgenliği 3,94x10^-8 ± 1,16x10^-9 m^2, şekil sürüklenme katsayısı 0,087 ±0,002 olarak bulunmuştur. Düz akış için yapılan ısı geçişi deneyleri sonucunda, ölçülen yüzey sıcaklıkları ve akışkan giriş sıcaklıklarından yerel Nusselt sayısının konum ile değişimi elde edilmiştir. Yüzey ortalaması alınmış sıcaklık değerleri kullanılarak ortalama Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Yüzeydeki sabit ısı akısı 23444 W/m^2 değerine yükseltilerek sonuçların 12787 W/m^2 değeri ile uyumuna bakılmış ve sonuçların yakın olduğu görülmüştür. Daha sonra her iki ısı akısı için yapılan deneylerden elde edilen ortalama Nusselt sayıları Reynolds sayısı ile ilişkilendirilerek bir korelasyon elde edilmiştir. Zamana bağlı ısı geçişi deneylerinde, kanalın girişindeki akışkan hızı darbeli olarak değişirken ısı akısı sabit tutulmaktadır. Deney tesisatında bulunan selonoid valf yardımıyla farklı frekans ve genlikte, kare dalga şeklinde zamana bağlı, ortalama akışkan hızı elde edilmiştir. Üç farklı genlik (0,034, 0,068, 0,096 m/s) ve üç farklı frekans (valf çalışma frekansı, 0,07, 0,10, 0,17 Hz) için deneyler yapılmıştır. Deneysel olarak Nusselt sayısının boyutsuz frekans ve boyutsuz genlik ile ilişkilendirilebileceği gösterilmiştir. Bununla birlikte, genliğin ısı geçişi üzerindeki etkisinin frekansa göre daha fazla olduğu anlaşılmıştır. Her üç genlikte de frekansın artması ısı geçişini arttırmıştır. Comsol yazılımı kullanılarak iki boyutlu, zamandan bağımsız ve zamana bağlı gözenekli ortam modelleri oluşturulmuştur. Düz akış ve zamana bağlı akış için deneysel Nusselt sayılarına en yakın sonucu veren dispersiyon katsayıları ayrı ayrı bulunmuştur. Düz akış için, dispersiyon iletkenliği ortalama akışkan hızı ile ilişkilendirilmiştir. Darbeli akış için, dispersiyon iletkenliği boyutsuz frekans ve boyutsuz genliğin fonksiyonu olarak verilmiştir.
-
ÖgeAort kapağı kan akımının katı-sıvı etkileşim yöntemiyle sayısal incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Amindari, Armin ; Kırkköprü, Kadir ; 712131 ; Makine MühendisliğiGünümüzde, insan ölümlerinin başlıca sebebi kalp hastalıkları olup bu hastalıkların çoğu ise kapak kusurları ile ilgilidir. Bu kusurların tedavisinde uygulanacak tedavinin kararlaştırılmasında, kusurun karakterize edilmesi ve hastalığın ciddiyetinin belirlenmesi hayati önem taşımaktadır. Günümüzde bu teşhisler, tıbbi görüntüleme temellidir ve teşhisi yapan hekimin tecrübesine bağlı olarak özel biçimde yapılmaktadır. Bununla birlikte, ileri seviyede hastalıklarda aort kapaklarının mekanik ve prostetik kapaklarla değişimi sağlanmaktadır. Yapay kapakların tasarımı ve kullanılan malzemenin, gerçek aort kapak fonksiyonunu yerine getirecek şekilde belirlenmesi için, aort kapak dinamiği ve malzemesinin mekanik özelliklerinin doğru bir şekilde anlaşılması gerekmektedir. Bu tez, aort kapağının elastisitesi ve geçen kan akışının sayısal ortamda modellenmesi ile ilgilidir. Çalışma kapsamında, aort kapağında gerçekleşen kan akışı ve kapak elastodinamiğinin sayısal olarak modellenmesi için bir metodoloji oluşturulması hedeflenmiştir. Bu metodoloji ile kapak kusurlarının kan akışı üzerinde oluşturduğu etkiler doğru ve hassas şekilde modellenebilecektir. Aort kapak yapısı, kan akışının oluşturduğu dinamik basınçlar altında deforme olarak kalpten bütün vücuda doğru tek yönlü kan akışını sağlamaktadır. Bu sebepten kan akışı ve aort kapak yapısı güçlü bir etkileşim içindedir. Kan akışı ve kapak elastodinamiğini gerçeğe yakın ve doğru bir şekilde modellemek için her iki çözüm alanı olan kan akış alanı ve aort kapağı katı alanının eş zamanlı ve birlikte çözülmesi gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, ileri bir mühendislik tekniği olan katı-sıvı etkileşim metotları kullanılarak, kan akışı ve aort yapısal alanlarının eş zamanlı çözülmesi için bir modelleme metodolojisi oluşturulmuştur. İlk aşamada iki boyutlu ideal aort kapak modelleri oluşturularak aort kapak üzerinde meydana gelen kireçlenme probleminin kapak dinamiği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bir sonraki aşamada ise farklı hastalık grupları belirlenerek gerçek ve hastaya özel üç boyutlu katı-sıvı etkileşim modelleri oluşturulmuştur. Sayısal sonuçlar gerçek ölçüm sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve metodolojinin hassasiyeti değerlendirilmiştir. Tezin son bölümünde ise aort kapak malzemesinin doğrusal olmayan mekanik özelliklerinin kan akışı ve kapak dinamiği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu aşamada, üç farklı malzeme modeli kullanılarak farklı katı-sıvı etkileşim kontrol modelleri oluşturulmuştur. Bu şekilde, kapak malzemesinin doğrusal olamayan özelliklerinin kapak stabilizasyonu ve ayrıca kireçlenme riski üzerindeki ektisi detaylı ve sayısal olarak incelenebilmiştir. Yapılan hesaplamalara göre kolajen fiberlerinin kapak kapanış evresindeki titreşimini düşürüp, kapağın kararlılığını artırdığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, kolajen fiberlerinin çevresel yöndeki konumlanması, aort kapağın başlangıç pozisyonuna daha hızlı ve rahat şekilde dönmesini sağladığı ve bu şekilde kapak boyunca tek yönlü akışın sağlanmasında önemli rol üstlendiği gözlemlenmiştir. Öte yandan, malzemenin doğrusal olmayan elastisite özelliği sebebiyle kireçlenme problemini ciddi derecede azaldığı ve bu sebepten stenoz riskinin azaldığı sonucuna varılmıştır.
-
ÖgeArazi Taşıtları Açısından Toprağın Mekanik Davranışının Modellenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Özdeğer, Mustafa Nazım Emre ; Kurtay, Teoman ; Konstrüksiyon ve İmalat ; Construction and ManufacturingGünümüzde arazi taşıtlarının performans hesabında kullanılan ampirik analitik yöntemler, zaman ve maliyet isteyen çok sayıda deney yapılmasını gerektirmektedir. Bu çalışma, arazi taşıtlarının performansını, ampirik-analitik yöntemler yerine, kritik hal toprak mekaniği ve sonlu elemanlar yönteminin birlikte kullanılmasıyla oluşturulan kuramsal-sayısal simülasyon modelleri aracılığıyla hesaplama hedefine yöneliktir. Bu amaçla öncelikle toprak özelliklerini belirlemede kullanılan basit basma ve basit kesme deneylerinin simülasyon modelleri oluşturulmuştur. Kritik hal modeline ait toprak özellikleri, ampirik formüller ve simülasyon modellerinin ortaya koyduğu deney sonuçları arasındaki yakınsama gözlenerek tespit edilmiştir. Kritik hal toprak özellikleri belirlendikten sonra bir arazi taşıtı paletinin ve bir katı tekerleğin farklı toprak tiplerinde gösterdikleri performans simülasyon modelleri aracılığıyla hesaplanarak literatürdeki deney sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve olumlu sonuçlar elde edilmiştir.
-
ÖgeBenzin motorlarında indirgenmiş kinetik model uygulaması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999) Uykur, Cüneyt ; Ergeneman, Metin ; 100715 ; Makine Mühendisliği ; Mechanical EngineeringÇok boyutlu reaktif akış programlan, içten yanmalı benzin motorlarının geliştirme çalışmalarında, yakıt sarfiyatının düşürülmesi, egzoz emisyonlarının azaltılması ve vuruntu simülasyonu gibi amaçlarla kullanılmaktadır. Şimdiye kadar yapılan geliştirmelerle gaz hareketlerinin çok boyutlu olarak modellenmesi tatminkar seviyede yapılabilmektedir. Fakat, günümüze kadar hem yanma üzerine fiziksel bilgi yetersizliğinden hem de var olan fiziksel bilgilerin bu akış denklemleri ile beraber modellenmesi durumunda bilgisayar kapasitelerinin yetersizliği nedenr ile sözü edilen hedeflere hassas olarak varılması mümkün olamamıştır. Diğer taraftan, son yıllarda deney olanaklarındaki ilerlemeler sonucu, yanmanın elementer reaksiyonları, bu reaksiyonların hızları ve bu reaksiyonlarda yer alan bileşenler daha iyi gözlemlenebilmektedir. Bu bilgiler ışığında bir araya getirilen binlerce reaksiyon ve yüzlerce bileşen ile, yanmanın kapsamlı mekanizmaları ideal koşullarda oluşturulabilmektedir. Bu boyuttaki mekanizmaların hesap amaçlı kullanımı henüz mümkün değildir. Bu nedenle, ancak bu mekanizmalardan önemli reaksiyonlar ayrılarak oluşturulan indirgenmiş mekanizmalar akış denklemleri ile beraber çözülebilir. Bu durumda da birtakım reaksiyonların ihmal edilmesi, reaksiyon hız parametrelerindeki yanlışlıklar ve hesap güçlükleri nedeni ile bu güne kadar ancak özel koşullarda kullanılabilen, az sayıda reaksiyon içeren ve tek boyutlu gaz akış çözümleri kullanan modeller gerçekleştirilebilmiştir. Bu çalışmada, önce akış denklemlerinin nasıl çözüldüğü özetlenmiş, sonra yanmanın elementer reaksiyonlarının nasıl oluşturulduğu, bu reaksiyonlarda yer alan bileşenlerin özellikleri ve reaksiyonlara ait hız parametrelerinin nasıl belirleneceği tartışılmıştır. Daha sonra, bu reaksiyonların akış denklemleri ile beraber çözüm yöntemleri incelenmiş, mümkün olan ekonomik çözüm için gerekli indirgenmiş mekanizmanın oluşturulması aşamaları anlatılmıştır. Seçilen indirgenmiş yanma mekanizması ve akış çözüm programı, birlikte kullanıldığında çok hızlı reaksiyonların görece yavaş reaksiyonlarla beraber çözülmesi gerektiğinden diferansiyel denklem çözümleri klasik yöntemlerle mümkün olamamaktadır. Bu tip denklemlerin çözümü için önerilen yöntemlerin de akış çözümleri ile beraber kullanılması mümkün olmadığından mekanizmada ikinci bir basitleştirme yapılarak hızlı reaksiyonlar standart çözüm yönteminden ayrı bir yöntemle çözülerek sistemin stiff özelliği giderilmeye çalışılmıştır. Bu ayrım motor çevriminin farklı noktalarında farklı reaksiyonlar seçilerek yapılmıştır. Çünkü farklı bileşenlerin farklı zamanlarda dengeye ulaşması söz konusudur. Bu ayrım da gerçekleştirildikten sonra, oluşturulan model neticeleri deney koşulları ile karşılaştırılmış ve sınırlı çalışma şartlarında deney motorunun P-v diyagramı, alev hızı ve egzoz emisyonu seviyeleri ile uyumlu neticeler alınmıştır. Daha ayrıntılı araştırmalar için yerel özelliklerin incelenmesine de çalışılmıştır. Sonuç olarak, oluşturulan çözüm yönteminin sınırlı çalışma koşulları için global araştırmalarda kullanılmasının mümkün olduğu anlaşılmıştır.
-
ÖgeBoru demeti taşıyıcı levhalarında üçgen ve sıralı dizilişler için ısı taşınım katsayısının belirlenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999) Çakır, Kemal ; Dağsöz, Kemal ; 100722 ; Makine Mühendisliği ; Mechanical EngineeringBu deneysel çalışma, değişik boru demetleri dizilişleri için boru demeti taşıyıcı levhalarında ısı taşınım katsayısının belirlenmesini amaçlamaktadır. Buhar üreticilerinde 4 farklı ısı transfer yüzeyi uygulanmaktadır. Bunlar; Helisel sargılı buhar üreticileri, Dönemeçli (kavisli) buhar üreticileri, Düz akışlı buhar üreticileri, U borulu buhar üreticileridir. Uygulamalarda sık görülen helisel sargılı buhar üreticilerinde değişik çaplarda helisel biçimdeki birçok boru iç içe sarılarak silindirik boru demetini oluşturur. Boru demetinin desteklenmesi için taşıyıcı levhalar kullanılır. Taşıyıcı levhalarda termal gerilmeler oluşur. Taşıyıcı levhaların gerilme analizi için öncelikle gaz ve levha arasındaki ısı taşınım katsayısının bilinmesi gerekir. Nükleer santrallarda kullanılanlarda olduğu gibi büyük boyut ısı değiştiricilerin termal ve akışkan alanlarının detaylı olarak bilinmesi de termal/hidrolik, termal/konstrüktif sistem tasarımlarının analizinde çok büyük derecede önem arz eder. Büyük boyutlu ısı değiştiricilerin termal ve hidrolik testleri bu ekipmanlarda geniş kapasiteli test yapma imkanlarının olmayışından zorlaşmaktadır. Bu nedenle genelde yapılan testler ya tek bir boru ile veya boru demetinin bir geometrik düzenlemesiyle sınırlı kalmaktadır. Her ne kadar bu veriler önemli bilgiler sağlasa da ısı değiştiricisindeki sıcaklık dağılımı ile ilgili detaylı bilgileri sağlamaz. Çünkü sıcaklık dağılımı boru demeti dizilişine ve boru demetindeki akışa bağlıdır. Bu yüzden taşıyıcı levha ile ortam arasında ısı taşınım katsayısını belirlemek için deneyler ancak modeller üzerinde gerçekleştirebilmektedir. Bu testler gaz ile taşıyıcı levha arasındaki ısı taşınım katsayısının belirlenmesini sağlar. Yüzey üzerinde sınır tabakanın gelişimi ve ayrılmadan ısı geçişini etkiler. Pratikte ısı değiştiricileri nadiren akışa karşı tek borudan oluşur. Çünkü bu durumda ısı transfer yüzeyi küçüktür. Endüstriyel uygulamalarda borular demet halinde bir araya getirilirler. Bu çalışmada çapraz akışta tek bir boru ve boru demetinde ısı transferi ve akış prensipleri açıklanmıştır. Boru demetleri sıralı veya üçgen olarak dizilirler. Boru demetlerinin ısı taşınım katsayısı dizilişlere bağlıdır. Hilpert tarafından boru demetlerindeki ısı taşınım katsayısını hesaplama metodu önerilmiştir. Grimison, Hilpert'in önerdiği denklemlerde tanımlanan katsayıları verir. Brandt, hacım boşluğu olarak tanımlanan boru demetlerindeki boşluk hacminin boru demetinin toplam hacmine oranını kullanarak başka bir hesap yöntemi geliştirmiştir. Yukarıda bahsedilen zorluklan aşabilmek ve deneyleri boru demetinin tek bir dizilişiyle sınırlandırmamak için özel olarak geliştirilmiş model üzerinde deneyler yapılmıştır. Bu model değişik boru çaplarında ve boru demeti dizilişleri için deneylerin yapılabilmesini sağlamıştır. Bu deneysel tasarımdaki değişkenler boru XI demetlerinin boyuna ve enine taksimatları ile Reynolds sayısıdır. Bu değişkenlerin ısı transferine etkileri incelenmiştir. Modeli terk eden hava çıkış kanalı, anonometreyi geçerek akışın ayarlandığı valfe ulaşır. Bu valf yardımıyla hava debisi istenildiği değerlere ayarlanarak çeşitli Reynolds sayılan elde etmek mümkün olmaktadır. Boru demetlerinde 11 boyuna 5 enine taksimat mevcuttur. Boru demeti geometrisi Grimison verileri esas alınarak düzenlenmiştir. Değişik enine taksimatlarda deney yapabilmek için kanal kesitini değiştirmek yerine boru dış çapı değiştirilmiştir. Boru demetini modellemek üzere maun ağacından yapılmış çubuklar kullanılmıştır. Levhadan çubuklara ısı transferini azaltmak için çubukların içleri boru şeklinde delinmiştir. Bu çubuklar tek taraftan ısıtılan taşıyıcı plakalar üzerine yerleştirilmiştir. Taşıyıcı plakanın sıralı ve üçgen Boyuna ve dizilişi için 17 farklı düzenlemesi üzerinden deney yapılmıştır. Isı transferi ve basınç düşümü için (1), (2) nolu boyutsuz denklemlerdeki A, b, B, s sabitleri, deneylerden elde edilen değerler kullanılarak en küçük kareler yöntemi yardımıyla belirlenmiştir. NuPr1/3 = AReb (1) f = AP/Cpue2 12) = B Res (2) Isı taşınım katsayısı Nu değerinin belirlenmesi için kullanılmıştır. Grimison ve Brandt denklemleri bu çalışma için özel olarak yazılmış bilgisayar programı yardımıyla belirlenmiştir. Hava debisi ve sıcaklık gibi deney sonucu elde edilen veriler programa girildiğinde sürtünme katsayısı (f) de program tarafından hesaplanmaktadır. Ana programın bir parçası olan grafik alt programı Reynolds sayısına bağlı olarak NuPr~1/3=AReb, f=AP/(pue2/2)=BRes grafik çıktılarını vermektedir. Sonuçların doğruluğu yanında en küçük kareler metoduyla elde edilen sonuçların pratikte uygulanabilir olmasına dikkat edilmiştir. Her bir boru çapı için enine taksimat sabittir. Bu durumda boyuna taksimatın azalması ile boru demeti taşıyıcı levhalarında ısı transferi artmıştır. Diğer taraftan boru demeti ısı taşınım katsayısı ile taşıyıcı levha ısı taşınım katsayısı arasında iyi bir korelasyon mevcut olduğu gözlenmiştir. Deneysel aşama ve veri değerlendirme sonucunda, boru demeti ile taşıyıcı levha ısı taşınım katsayıları arasında bir orantı olduğu sonucuna varılmıştır. Bu orantı, boru demeti dizilişinin geometrik parametrelerindeki değişimle çok yakından ilgilidir. Deneylerin sonucunda, ısı taşımmını boyutsuz denklemler elde edilmiştir. Boru demetleri boyunca basınç düşümü için benzer ifadeler de bu çalışmanın sonuçlarına ilave edilmiştir. Değişik tasarımlar için ısı taşınım katsayısın belirlenmesinde kullanabilirler.
-
ÖgeBoru İçerisinde Yağlı Ve Yağsız Karbondioksitin Buharlaşması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-05-22) Dönmez, Nur Pehlivanoğlu ; Onbaşıoğlu, Seyhan Uygur ; 10001301 ; Makina Mühendisliği ; Mechanical EngineeringBu çalışmada, CO2 ve CO2-yağ karışımlarının buharlaşma ısı geçiş katsayısı, basınç düşümü, akış rejimleri 6.1 ve 11.2 mm iç çaplı, yatay, pürüzsüz ve yivli bakır borular için deneysel olarak belirlenmiştir. Deneyler -15 °C ve -30 °C doyma sıcaklığında,40-400 kg/m2s kütlesel akı, 2-15 kW/m2 ısı akısı, 0.1-0.8 kuruluk derecesi ve %0-4.yağ konsantrasyonları aralıklarında gerçekleşmiştir. Çözünebilen POE yağın buharlaşma üzerindeki etkisi farklı konstrasyonlar için belirlenmiştir. Benzer deneysel koşullarda 6.1 mm iç çaplı borudaki ısı geçiş katsayısı ve basınç düşümü 11.2 mm iç çaplı borudan daha yüksektir. Bununla birlikte yağ konsantrasyonu arttıkça, kuruluk derecesinin 0.4 den yüksek olduğu koşullar için ısı geçiş katsayısı 6.1 mm iç çaplı boruda azalış gösterirken 11.2 mm iç çaplı boruda artış göstermektedir. Bu iki farklı durumun nedeni yağın kabarcıklanma ve akış rejimleri üzerindeki etkisidir. Saf ve yağ karışımlı CO2 için akış şekilleri de tespit edilmiştir.Isı geçiş katsayısı ölçüm değerleri literatürde varolan korelasyonlarla karşılaştırılmış; fakat korelasyonların çoğunun CO2 akışının ısı geçiş katsayısını doğru tahminleyemedikleri belirlenmiştir. Bu nedenle deneysel sonuçlar kullanılarak pürüzsüz boruda CO2 buharlaşma ısı geçiş katsayını tahminleyen bir korelasyon geliştirilmiştir.
-
ÖgeBuji Ateşlemeli Motorlarda Çevrim Atlatma Yönteminin Kısmi Yüklerde İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-07-02) Doğru, Barış ; Kutlar, Osman Akın ; 10079191 ; Makina Mühendisliği ; Mechanical EngineeringGünümüz buji ateşlemeli motorlarında efektif verim tam yükte %35 civarındadır ve bu motorlar kısmi yükte ise %10 – 15 arasında bir verim sergilerler. Bu düşüşün en önemli sebebi, benzinli motorlarda yük kontrolü için kullanılan gaz kelebeğinin; kısmi yük koşulunda üretilen gücü azaltmak için emme manifold kesitini kapatması sonucu kısılma (pompalama) kayıplarının artmasıdır. Böylece pompalamaya giden iş artmakta ve motor üretilen işin yanında ek bir iş daha yapmak zorunda kalmaktadır. İçten yanmalı benzinli motorlarda düşük yüklerde ortaya çıkan verim probleminin giderilmesi, günümüzde taşıtların şehir içi ulaşımda daha yoğun kullanıldıkları ve bu süre zarfında da çoğunlukla rölanti devrinde ve düşük devirlerde çalıştıkları da dikkate alındığında değerlendirilmesi gereken önemli bir konudur. Motor sistemleri olarak; değişken subap zamanlaması, fakir karışımlı kademeli dolgulu motor, aşırı doldurma, değişken sıkıştırma oranı ve değişken strok hacmi yöntemleri benzinli motorların kısmi yükteki yakıt tüketimini azaltmaya yönelik en bilindik yöntemlerdir. Değişken strok hacmi yöntemini silindirlerden bir kısmının devre dışı bırakılması ve çevrim atlatma mekanizması olarak ikiye ayırmak mümkündür. Bu çalışmada kullanılan “Çevrim Atlatma Yöntemi”nde motor yükü azaldığında birbirini takip eden çevrimlerde motora olan yakıt ve hava akışı kesilir. Emme ve egzoz subaplarının kontrol edilmesi suretiyle aynı gücü elde edebilmek için çevrim atlatılmayan durumda (normal çevrim) ise taze dolgu girişi artırılarak motorun efektif verimi yükseltilir. Çevrim atlatma mekanizması da kendi içinde farklı fikirler doğurmuştur. Literatürdeki çalışmaların birçoğu atlatılan çevrimde taze dolgu girişini engellemek için subaplara müdahele etmeksizin sadece gaz kelebeği açıklığını artırarak amaca ulaşmayı ilke edinmiştir. Atlatılan çevrimde subaplara müdahele etmeksizin sadece taze dolgu akışını kesmenin ve normal çevrimde ise sadece dolgu miktarını artırmak için gaz kelebeği açıklığı artırmanın özgül yakıt tüketimini özellikle çok düşük hız ve yük koşullarında azalttığı fakat yüksek hızlarda atlatılan çevrimlere yakıt ve hava kaçması nedeniyle özgül yakıt tüketimini artırdığı belirlenmiştir. Bu durumun düzeltilmesi için subaplara müdahele edilmesinin kaçınılmaz olduğu fikri ağır basmaktadır. Tezime konu olan bu çalışmada iki farklı çevrim atlatma mekanizması kullanılmıştır. Bunlardan birisi tez çalışmamın ilk zamanlarında imalatına başlanan “Subap Kontrolü için Değişken Profilli Kam Mili Tahrik Mekanizması”dır. Bu tasarım, kam milinin eksenel hareketi ile profil – izleyici temasının devre dışı bırakıldığı bir sistemden ibarettir. Bu şekilde orijinal emme ve egzoz profillerinde çok küçük değişiklikler yapmak suretiyle onları istenen zamanda devreye alıp istenen zamanda devreden çıkarmak mümkün olmuştur. Kam milini eksenel yönde hareket ettiren bu mekanizma sayesinde izleyicilerin kam mili profilleri üzerinden hiç geçmemesi sağlanarak subaplar bazı çevrimlerde hareketsiz bırakılmıştır. Deneysel sonuçlar bu mekanizma üzerinde yapılan çalışmalarla elde edilmiştir. Diğer mekanizma ise tez çalışmamın son zamanlarında tasarlanıp imalatı yapılan “Subap Kontrolü için Silindir Kafasında Pimli Kilit Tahrik Mekanizması”dır. Bu tasarımla çevrim atlatma prensibini yerine getirecek olan subabın kontrolü doğrudan sağlanmaktadır. Subap üzerine bağlanan mekanizma, külbütörün subabı itmesini ve yay tutucu gövdesi içerisinde hareket etmesine neden olur . Kilitli pozisyonda subap normal tahrikini gerçekleştirirken, kilitlemenin olmadığı pozisyonda dış gövde içerisindeki mekanizma gövde içinde boşta hareket etmektedir. Mekanizma, dışarıdan krank miline bağlı olan bir dişli mekanizması ile tahrik edilmiştir. Her iki mekanizmada da subaplara dışarıdan müdahele edilip kapatılarak silindire yakıt ve hava girişi bazı çevrimlerde engellenmiş, diğer çevrimlerde ise subaplar emme ve egzoz zamanlarında açık tutulmuş ve herhangi bir güç kaybı olmaması için de dolgu miktarları artırılmıştır. Tez çalışması kapsamında yapılan çalışmaları 5 ana başlık altında toplamak mümkündür. Bunlar; çevrim atlatma sistemi için mekanizma tasarımı ve imalatı, motor ve kumanda odalarının deneylere hazır hale getirilmesi, çevrim atlatmanın tek boyutlu olarak termodinamik modellenmesi, motoru kumanda edebilecek bir elektronik kontrol ünitesinin geliştirilmesi ve deneysel çalışma aşamalarıdır. Deneysel çalışma için üzerine çevrim atlatma mekanizması adapte edilen motor, yerel piyasadan seçilen tek silindirli bir dizel motoru olan Lombardini firmasının 3LD450 motorudur. Bu motor, otomotive uygunluğu ve parça temininin kolaylığı açısından akademik çalışmalara oldukça elverişlidir. Aynı zamanda göreceli olarak çok ucuz ve esnek bir yapıya sahiptir. Üzerinde gerekli modifikasyonlar yapılarak benzin motoru haline getirilmiştir. Tek silindirli araştırma motorunun püskürtme ve ateşleme zamanlamaları ile püskürtme süresi ve bobin primer sargısının açık kalma süresi (dwell süresi) bilgisayar destekli bir elektronik üniteden kontrol edilmiştir. Böylece hem mekanizma, hem de motor performansı açısından en uygun çalışma koşullarını tespit etmek çok kolaylaşmıştır. Doğru zamanlama ve süre için motor krank milinin sıkıştırma üst ölü noktası, artımsal enkoderin tetikleyici sinyaline denk getirilmiştir. Kontrol sistemi, yük ve motor hızındaki değişimlere uyum sağlayacak şekilde hazırlanmıştır. Kontrol sisteminin kullanımı ile çevrim atlatma mekanizmalı bir benzin motorunda gerçek zamanlı deneyler, bazı değişkenleri sabit tutup diğerlerini değiştirmek suretiyle gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarının doğruluğunun artırılması ve tekrar edilebilirliğinin sağlanması için motor ve kumanda odaları deneylere hazırlanmıştır. “Motor Deney Odası Otomasyon Sistemi” kapsamında dinamometrelerin modernizasyonu, motor şartlandırma, deney kontrol ve veri toplama sistemi üzerinde kapsamlı piyasa araştırması yapıldıktan sonra tüm sistemler deney odasına adapte edilerek otomatik hale getirilmiştir. “Test Yazılımı” programı ile motorun devir sayısı, atmosfer şartları, motor hava tüketimi, motor soğutma suyu giriş ve çıkış sıcaklıkları, emme&egzoz manifold sıcaklık ve basınçları, motor yağı giriş basıncı, egzoz sıcaklığı ve karşı basıncı, yakıt giriş sıcaklığı ve ortalama yakıt tüketimi gibi veriler raporlanarak değerlendirilmiştir. Egzoz emisyonlarının ölçülmesi aşamasında Horiba firmasının bir gaz analizörü kullanılmıştır. Ham egzoz gazı numunesi katalizör öncesi hatta gönderilerek cihazın yazılımı üzerinden; λ (hava fazlalık katsayısı), CO (karbonmonoksit), CO_2 (karbondioskit), O_2 (oksijen), THC (toplam hidrokarbon), CH_4 (metan) ve NO_X (azotoksit) verilerine ulaşılmıştır. Bir çeşit analog/dijital çevirici olan Combi (Yanma İndikatörü) cihazı sayesinde toplanan silindir içi basınç verileri ile çevrim içi yanmaya ilişkin açığa çıkan ısı yüzdesi, ortalama pompalama basıncı, ortalama indike iş üretim basıncı, ortalama net indike basınç, indike güç, ortalama basınç ile en yüksek ve en düşük basınç değerlerine ulaşılmıştır. Aynı zamanda bu değerlerin zamana ya da krank mili açısına göre değişimleri grafikler halinde elde edilmiştir. Çevrimden çevrime olan farklılıklar da detaylı olarak ele alınmıştır. Ayrıca püskürtme zamanlaması ve süresi ile dwell zamanlaması ve süresi ile ilgili veriler de aynı program üzerinden toplanmıştır. Deneysel çalışmanın ilk aşamasında motor, normal olarak çalıştırılmış ve referans sonuçlar elde edilmiştir. Daha sonra ise çevrim atlatma mekanizması motora monte edilmiş ve elde edilen sonuçlar motor performansı, egzoz emisyonları ve silindir içi basınç verileri açısından karşılaştırılmıştır. Deneylerin eşdeğer performans ve çevre koşullarında yürütülmesine dikkat edilmiştir. Ayrıca tüm yakıt püskürtmesinin emme subabı açılmadan tamamlanması için püskürtme zamanlaması belli bir noktada yapılmış, dwell süresi her ölçüm noktasında sabit tutulmuş, yakıt besleme basıncının eşdeğer olduğu ölçüm noktalarında karşılaştırma yapılmış, yakıt debisi sabit bir kütlenin tükenmesi için geçen süreye göre ölçülmüş ve yakıtın hidrojen/karbon oranı sabit tutulmuştur. Deney sonuçlarına göre; özellikle rölantide, çok düşük yük ve hız bölgelerinde normal çalışmaya göre yakıt tüketiminde önemli ölçüde azalma gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, piyasaki kısmi yük verimi artırma teknolojilerinden çok daha iyi sonuçlar vermiştir. Ayrıca, gaz kelebeği açıklığı ile HC ve NO_X emisyonlarının arttığı, optimum ateşleme avansının ise azaldığı görülmüştür. Son yıllarda yapılan çalışmalar buji ateşlemeli motorların kısmi yükte verim arttırma potansiyelinin var olduğunu göstermektedir. Bu tezden elde edilen sonuçlar çerçevesinde diğer verim artırma sistemleri ile birlikte karma yöntemler geliştirilmesi muhtemeldir. Özellikle çevrim atlatma mekanizma tahrikli ve kademeli dolgulu yanma prensibiyle çalışan bir benzin motorunun kısmi yük şartlarındaki en üst efektif verime çıkabileceği düşünülmektedir.
-
ÖgeBir Buzdolabı Buharlaştırıcısının Karlanmış Şartlar Altındaki Peformansı Ve Buzdolabında Isı Kütle Transfer Mekanizmalarının Modellenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) İnan, Cemil ; Eğrican, A. Nilüfer ; Enerji ; EnergyBu çalışmada, ev tipi buzdolaplarında kullanılan kanatlı borulu tipten buharlaştırıcıların (evaporatörlerin) kuru ve karlanmış şartlar altındaki ısı transferi ve basınç düşümü modellerinin oluşturulması amaçlanmıştır. Bu kapsamda buharlaştırıcı tek başına değil, içinde bulunduğu buzdolabı ünitesi ile birlikte etkileşimli bir bütün olarak modellenmiştir. Çalışma beş bölüm altında toplanmıştır. Kısa bir giriş ve çalışmanın amaçlarının özetlendiği Bölüm-1 ‘den sonra, Bölüm-2’de buzdolabında kapının açılması ile oluşan akış ve ısı transferinin fiziksel modeli tariflenmiştir. Model sonuçları bir set eşitlik ile özetlenmiş ve kapı düzlemindeki hız ve sıcaklık profilleri ölçülerek akışın fiziği yorumlanmıştır. Model, boş kabin ve 3 adete kadar rafın değişik kombinasyonlarda yerleştirilmesi durumlarını içermektedir. Bölüm-3 ‘te ısı/kütle transferi benzeşimi de kullanılmak suretiyle buzdolabı kapısının açılması ile meydana gelen ısı transferi modları irdelenmiştir. Bölüm-4’ te ise, nofrost (karlanmaz) buzdolabı soğuk hava dağıtım şebekesinin matematik modeli ortaya konulmuş ve hesap sonuçları deneysel ölçümler ve CFD analizi neticeleriyle karşılaştırılmalı verilmiştir. Son olarak Bölüm-5’te ise bir buzdolabı buharlaştırıcısının kuru ve karlanmış şartlar altındaki performansı modellenmiştir. Bu son bölümdeki çalışmalar daha önceki bölümlerde elde edilen model sonuçları kullanılmak suretiyle bir buzdolabı ile entegre olarak yapılmış, böylece uzun süreli çalışma durumunda evaporatör performansının ve kabin nem ve sıcaklığındaki değişimin izlenmesi mümkün olmuştur. Geliştirilen bütün modeller için çözüm algoritmaları ve bilgisayar programları EES® ortamında yazılmıştır. Çalışmalar neticesinde elde edilen modeller, bir buzdolabı performansının dinamik simülasyonu çalışmalarına ışık tutacak önemli veriler sağlamıştır.
-
ÖgeBuzdolabı İçi Isı Ve Kütle Geçişinin Sayısal Ve Deneysel İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Şeker, Deniz ; Eğrican, A. Nilüfer ; Enerji ; EnergyBu doktora tez çalışmasında, doğal taşınım prensibine göre çalışan bir buzdolabının kabininde, kapalı ve açık kapı durumlarında oluşan ısı ve kütle transferi; nümerik ve deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmanın nümerik kısmında, açık ve kapalı kavite durumu için, laminer ve türbülanslı akış koşullarında, ısı transferi ve aynı anda oluşan ısı ve kütle transferi problemleri incelenmiştir. 8 problem için, Sonlu Farklar yöntemi kullanılarak FORTRAN programlama dilinde kodlar yazılmış ve Rayleigh sayısının çeşitli değerleri için çözümleme yapılmıştır. Yapılan çözümlemelerde, türbülanslı akış durumu için LES (Large Eddy Simulation) türbülans modeli kullanılmış ve oluşturulan kodlar paralelleştirilerek, SGI Origin 2000 süperbilgisayarda çok-işlemcili çözümleme yapılmıştır. Her bir problem için elde edilen nümerik sonuçlar, ısı veya ısı/kütle transferi korelasyonları olarak ifade edilmiştir. Tez çalışmasının deneysel kısmı ise üç kısımda yürütülmüştür. Çalışmaların ilk kısmında, modeller sonucu elde edilen hız değerlerinin validasyonu için, PIV (Particle Image Velocimetry) sistemi kullanılarak, özel olarak tasarlanmış kapalı bir kavitede hız ölçümü yapılmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında, bir buzdolabı içinde kapalı ve açık kapı durumunda, çok noktadan sıcaklık ölçümü yapılarak, modeller sonucu elde edilen sıcaklık haritalarının deneysel olarak da incelenmesi sağlanmıştır. Deneysel çalışmaların son kısmında ise, sıcaklık ölçümlerine benzer olarak, bir buzdolabı içinde kapalı ve açık kapı durumunda, çok noktadan bağıl nem ölçümü yapılarak, modeller sonucu elde edilen nem haritalarının deneysel olarak da incelenmesi sağlanmıştır. Tez çalışmasının son kısmında ise, model ve deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Hız, sıcaklık ve konsantrasyon dağılımları için, model ve deneylerin oldukça uyumlu olduğu söylenebilir.
-
ÖgeBuzdolaplarında Conta Ve Flanş Bölgesinin Enerji Verimine Etkisi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008-11-19) Soysal, Feyzi Alper ; Özgüç, Feridun ; Enerji ; EnergyBu doktora tez çalışmasında, buzdolaplarında terleme ve conta yapışmasının önüne geçilebilmesi amacıyla kullanılan flanş ısıtıcılarının ve contanın buzdolabı ısı kazancına etkisi, sayısal ve deneysel olarak incelenmiş; flanş ısıtıcısı ve conta bölgesinden gerçekleşen ısı transferi belirlenmiştir. Çalışmasının deneysel tarafında mevcut durumda conta ve flanş bölgesinden gerçekleşen ısı transferi, conta ve flanş ısıtıcısı etkisi olacak şekilde ayrı ayrı belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci adımında sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Buna göre öncelikle mevcuttan daha basit bir geometri ile sadece flanş ısıtıcısı uygulaması için sayısal bir model oluşturulmuş ve bu model yardımı ile bölgenin analizi mevcut durum için gerçekleştirilmiştir. Bu model ile elde edilen sonuçlar çerçevesinde buzdolabı gerçek modeli oluşturularak IDEAS programında analizler mevcut ve farklı uygulamalar için gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen analiz çalışmaları ardından belirlenen uygun sonuçlar buzdolaplarına uygulanmış ve deneysel olarak doğrulama deneyleri gerçekleştirilmiştir.
-
ÖgeCnc Takım Tezgahlarında Hızlı Talaş Kaldırma Prosesinin Teorik Ve Deneysel İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Gamsız, Erdal ; Akkurt, Mustafa ; Konstrüksiyon ve İmalat ; Construction and ManufacturingBu çalışmada, hızlı talaş kaldırma koşullarında ve frezeleme prosesinde çeşitli takım-iş parçası malzeme çiftlerinin aşınma davranışları incelenmiş ve deney sonuçlarına dayanarak; aşınma modelleri oluşturulmuş, hızlı talaş kaldırma ile ilgili bir teori meydana getirilmiş ve VBm=f(t) şeklinde aşınma-çalışma zamanı ve ayrıca T=f(v) şeklinde hız-ömür denklemleri elde edilmiştir. Kullanılan dört tip takım malzemesine göre (CBN, TiAlCN ve TiCN kaplamalı sert metal, kaplamasız sert metal), hızlı talaş kaldırmada takım malzemelerindeki aşınma davranışı birisi doğrusal, diğeri doğrusal olmayan iki aşınma modeline göre geliştiği gösterilmiştir. Hızlı talaş kaldırma teorisine gelince, burada talaş kaldırma fonksiyonunun esasen takımın ana malzemesine ait olduğu, kaplamaların yalnızca takımı sıcaklık, termik şok, sürtünme ve kimyasal etki gibi olaylardan koruyan bir ara malzeme rolünde oldukları açıklanmıştır. Regresyon analizine dayanarak yapılan analitik çalışmalara göre aşınma davranışını en iyi yansıtan beşinci derecede bir polinom olduğu, ancak amaca daha uygun olan bu polinomlar iyi bir yaklaşımla doğrusal denklemlerle temsil edilebileceği sonuca varılmış ve bu denklemler verilmiştir.
-
ÖgeConstitutive failure modelling and analysis of steel wire rope structures subjected to impact loading(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Candaş, Adem ; İmrak, Cevat Erdem ; 685723 ; Mechanical Engineering DepartmentDynamic fracture is an important research topic in the science of fracture mechanics. The crack initiation and propagation is a problem that has received considerable attention because of its technical consequences. In case of impact loading and related failure mechanism both in macro- and micro-level should be carefully investigated. An impact load may adversely affect the system's operation, especially in cases where brittle structural elements are subjected to this load. Besides, brittle materials have advantages such as hardness and wear resistance, their deficiencies in terms of toughness and brittleness significantly restrain their usage in practice. This is the main reason that the problem of crack propagation at both macro- and micro levels is a problem of frequent discussion in the recent literature. The dynamic fracture behaviour of brittle materials that contain micro-level cracks were examined when material subjected to impact loading. The investigation on the effect of micro-cracks on the crack propagation was carried out in the first step. The macro-crack initiates from notch tips in the Kalthoff– Winkler experiment, a classical impact problem. A micro-crack cluster was designed to decelerate this crack propagation. To define pre-defined micro-cracks in three-dimensional space, a two-dimensional micro-crack plane definition was proposed in the bond-based Peridynamics (PD). PD is a non-local form of classical continuum theory. Randomly distributed micro-cracks with different number densities in a constant area and number in expending area models were examined to monitor the toughening of the material. The velocities of macro-crack propagation and the time required for completing fractures were considered in several pre-defined micro-cracks cases. It has been observed that toughening mechanism only initiates by exceeding a certain number of micro-cracks; therefore, it can be said that there is a positive correlation between the density of pre-defined micro-cracks and macro-crack propagation rate and, also, toughening mechanism. The classical impact problem was explained in details and then, wire rope structures that one of the most important elements in material handling were examined. The complexity of material handling area needs to manage many different machine and equipment. Therefore, accidents can inevitably occur in these areas. However, in general, there are further factors that affect the failure of ropes in an accident. Wire ropes are designed for static axial loading owing to its nature of structure. In that manner, an impact load can result in an undetermined mechanical response of the rope. Moreover, corrosion, insufficient lubrication, porosities in the working area, and wear can decrease the strength of wire ropes. The lifetime prediction of a rope system is a very complicated task because of the complex structure of ropes and different loading conditions. However, to determine the reliability of material handling require more specific information about each element. With the help of proposed methods and findings in Kalthoff-Winkler problem, a theoretical scheme of analysing cable systems and wire ropes subjected to impact load with peridynamics was handled. Numerical studies were carried out, and the simulation parameters were discussed. It can be estimated that the failure of a wire in a strand does not affect its neighbours, because crack propagation in a wire cross-section ends at the outer surface of that wire. The resulting stress concentration that will cause crack propagation in adjacent wires is not observed. However, of course, there is some local transition of the load should be taken into account because of inter-contact states between wires. With regard to this, the work presented in this study can be extended to examine the inter-contact interaction between wires. As a consequence, the effect of micro-cracks on a macro-crack propagation was investigated in Kalthoff-Winkler problem. The one most obvious finding to emerge from this study is that the less than a certain number of randomly located micro-cracks around the crack tip has no positive effect on fracture toughening mechanism. Nevertheless, adding more amounts of pre-defined micro-cracks in the same region can decrease crack propagation velocity and significantly increase the toughness. The second major finding was that there needs a certain number of micro-cracks for occurring of toughening effect. This study has found that an insufficient number of micro-cracks cannot decelerate the propagation of cracks. A certain number of micro-cracks should be placed in the body in order to obtain the toughening effect. In general, therefore, it seems that the density of micro-cracks in a constant area and the number of micro-cracks in expending areas are significant parameters on toughening mechanism in a brittle material subjected to impact load. The findings of this investigation complement those of earlier studies. These findings support the PD's competence as an alternative to classical continuum mechanics for modelling of fracture and thus, designing of strengthen geometries. Although the study has successfully demonstrated that crack propagation and fracture characteristics, it has certain limitations in terms of properties of micro-cracks. Dynamic crack propagation and failure in a wire cross section were studied. The programs used in the study were evaluated. Developed scripts that can be useful for further researchers were provided. Compared with average velocities in m-convergence tests, velocities in δ-convergence tests differentiate much more. It can be inferred that the minimum value of m (as an indicator of material points within a horizon) should be 3 for the models with given parameters and dimensions. The average velocities of m = 3,4, and 5 models are very close to each other. The data for δ = 0.00450 test should be considered an outlier because the crack did not propagate in contrast to other models. This result indicated that the horizon value, δ = 0.00450 is not applicable for the model with given parameters. With the understanding of wave progression and mode transition relation, the model δ = 0.0015 can be considered as a better parameter choice for the given model. The Mode I crack opening transition in the reference model indicates a routing of the crack in horizontal direction. These findings are thought of as a basis for the simulation of fracture mechanisms in wire ropes with PD.
-
ÖgeÇakışmayan Eksenler Etrafında Dönen İki Disk Arasındaki Akışkanın Daimi Ve Zamana Bağlı Hareketleri(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Ersoy, H. Volkan ; Erdoğan, M. Emin ; Konstrüksiyon ve İmalat ; Construction and ManufacturingBu tezde, çakışmayan paralel eksenler etrafında dönen iki disk arasında bulunan sıkıştırılamayan viskoz bir akışkanın, farklı iki hareketi incelenmiştir. İlk olarak, iki diskin birbirine yakın açısal hızla dönmesi halinde, akışkanın daimi hareketi için yaklaşık analitik bir çözüm elde edilmiştir. Bu çözümle, sonlu farklar metoduyla elde edilen nümerik çözümün uyum içinde olduğu gösterilmiştir. İkinci olarak, başlangıçta çakışmayan eksenler etrafında aynı açısal hızla dönen iki diskin, aniden ortak bir eksen etrafında başlangıç hızında döndürülmesiyle indüklenen akışkanın zamana bağlı hareketi için tam çözüm bulunmuştur. Hız alanı ve akışkan tarafından disklerden biri üzerine x ve y yönlerinde etkiyen kuvvetler farklı iki metot kullanılarak elde edilmiştir. Problemin tam sonucunu veren Fourier serisi çözümü, Laplace transform metodu yardımıyla elde edilen zamanın küçük değerleri için uygun olan seri şeklindeki bir çözüm ile karşılaştırılmıştır. Zamanın küçük değerleri için, iki seri çözümün de aynı sonuçları verdiği gösterilmiştir.