LEE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı- Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/20280

Gözat

Havalandırma kanalı ve yolcu kabini içindeki hava ve termal dağılımın HAD kullanılarak araştırılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Karasu, Zeki Tuğberk ; Kavurmacıoğlu, Levent Ali ; 732913 ; Isı-Akışkan Bilim Dalı

Tarihin eski çağlarından beri insanoğlu bulunduğu ortamın hava kalitesini arttırmaya yönelik araştırmalarda bulunmuştur. İlk buluşlardan biri olarak gösterilen Romalı yenilikçi Sergio Orata alçak bir alanda yakıtı yakarak bacaların yardımı ile sıcak akışkanı yaşadığı ortamın duvarlarından dolaştırmıştır. Bu gelişmelerin ardından Sümerliler, İranlılar, Koreliler gibi birçok ulus termal konforunu sağlamak adına girişimlerde bulunmuştur. Modern hayattaki hava şartlandırmasına en büyük etki 1800'lü yılların başında gerçekleşmiştir. İlk defa iç ortamı soğutmak için buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminden bahsedilmiş ve buz yapma makineleri oluşturulmuştur. Ardından sürdürülebilirliğin yeterli olmaması durumundan kaynaklı olarak buz yapmak yerine havayı soğutmak fikri ortaya çıkmıştır. Sistemin özelliği kompresörün buharı sıkıştırıp hem basıncı hem de sıcaklığı arttırmasıdır. Enerjisi yüksek olan bu sıcak akışkan yoğuşturucudan geçerek çevresindeki soğuk hava ile ısı transferi yaparak doymuş sıvı fazına ulaşır. Genleşme vanasından geçen doymuş sıvı hızlı bir şekilde basıncını ve sıcaklığını kaybeder. Buharlaştırıcının borularından geçen akışkan borunun etrafındaki sıcak ortamı soğutarak döngü devam eder. Böylelikle hava soğutulmuş olur. 1900'lü yılların başlarında Carrier isimli genç mühendis iç ortamdaki nemi düzenleyebilecek bir aparat tasarlamıştır ve modern iklimlendirme sistemlerinin temeli atılmaya başlamıştır. Yine Carrier ve arkadaşları tarafından da ilk hava şartlandırmalı otobüs yapılmıştır. Bu tez çalışmasında otobüs içindeki hava dağılımı ve termal dağılımı incelenmiştir. İlk adım olarak yapılan analizleri doğrulamak adına bir tane validasyon makalesi seçilmiştir. Seçilen makale, analiz sonucunun ve deneysel sonucun birbirleri arasında karşılaştırma yapabilmesi için deneysel sonuçlara sahiptir. Başlangıç noktası olarak kesit geometrisi verilmiş olan otobüsün 3 boyutlu tasarım programı ile akış hacmi oluşturulmuştur. Geometri oluşturma sürecinde makaledeki gibi hava akışının düzgün dağılımını etkileyecek girintiler, çıkınıtlar ve yakınsamada problem çıkartacak kısımlar göz ardı edilmiştir.
Effect of dynamic contact angle models on the droplet spread simulation

(Graduate School, 2022-01-18) Filiz, Tahir Tekin ; Özdemir, İlyas Bedii ; 503171129 ; Heat - Fluids

Many industrial processes such as inkjet printing, spray coating and spray cooling, involve the liquid droplets impacting onto solid surfaces. Hence, an accurate estimation of the impact of a droplet onto a solid surface is of great importance because unexpected behaviors of droplets may result in bad quality products or services. In order to make an accurate numerical simulation, one needs to solve many challenging problems such as interface localization and the estimation of dynamic contact angle (DCA). There are many techniques developed for the localization of the phase interface in two phase flows. The most popular techniques are the level set, the volume of fluid (VOF) and the Lagrangian methods. The Lagrangian methods are computationally expensive, and the level set method is not mass conservative. Therefore, in this work we have selected the VOF method and conducted our simulations using two different interface capturing schemes, an algebraic algorithm named Multidimensional Universal Limiter for Explicit Solution and a geometrical algorithm named IsoAdvector. We have compared four DCA models, the Quasi-Dynamic, the Shikhmurzaev, the Kistler and the Bracke models. We have used OpenFOAM, an open source computational fluid dynamics (CFD) software as our computation platform. We have implemented the DCA models and used them as a boundary condition for the phase fraction equation, which is used by the VOF method in order to locate the phase interface. Numerical simulations were compared with five different experimental results. The performances of the simulations were evaluated using two metrics, the mean spread factor error and the maximum spread diameter error. Even though the performances of the DCA models are similar, for higher Reynolds numbers, the Shikhmurzaev model gave the most accurate results, whereas the Kistler model and the Quasi-Dynamic model gave better estimations in low Reynolds numbers. We've also concluded that the IsoAdvector scheme is not suitable for the droplet impact simulations with low Weber numbers.
Numerical investigation of inertial focusing of micro andnanoparticles in curvilinear microchannels

(Graduate School, 2022-01-21) Aldemir, Ahmet Turan ; Çadırcı, Sertaç ; 503181126 ; Heat Fluid

Recently, microfluidic systems have been preferred more than conventional methods due to their ease of production, economic advantages, high precision processing capabilities and ease of operation. These systems are in a situation where many disciplines such as physics, chemistry and engineering are intertwined. Microfluidic systems aim to provide manipulation of fluids moving in microchannels and to control the flow field. With the provision of this control, important developments are experienced in fields such as biomedical engineering and medicine. As an important area, there have been serious improvements in the separation of particles of different diameters in microfluidic systems recently. In the studies carried out, particles of different diameters are sent into the microchannel through from source (like a pump) and can be collected in separate beams from the channel exit. This has become an important step in the early diagnosis of deadly diseases such as cancer. The concept of separating particles of different diameters from each other in the microfluidic systems has accelerated with the developments in Lab on a Chip (LoC) and MEMS systems. Many different mechanisms have been developed for the separation of particles. Separation of particles in the microfluidic systems can be achieved either by active separation techniques, where external forces act, or passive separation techniques, where an external force is not used. In active separation, many different sources such as electrical systems, sound, optics can be used to create an external force. On the other hand, passive separation techniques use dynamics within the microchannel to separate particles. Inertial focusing, which is an important area in passive focusing, still continues to develop. The logic of inertial focusing is that forces acting on a particle moving in a fluid, either from flow, from interaction with the walls of the microchannel, or from effects at the molecular level. The most important of these forces is the lift force, which directs the particle to a certain equilibrium position. Lift force is divided into two as wall interacting lift force and shear stress lift force. The most important difference of these forces emerges when determining the equilibrium position of the particles. The lift force arising from the wall interaction pushes the particles towards the center, while the shear stress lift force directs the particles from the center towards the walls. As a result, when these forces reach equilibrium, the equilibrium position of the particle is determined. The magnitude of these forces is highly dependent on the particle diameter, so they cause the particles with different diameters to line up in different equilibrium positions, thus allowing the particles to be separated from each other. In inertial focusing, the addition of curvature to the microchannels adds a secondary effect to the flow. This phenomenon is due to the formation of eddies in the curved regions within the channel. This flow effect also causes a force called the Dean force to be added to the particles. In the studies carried out, it was observed that the focusing mechanisms of the particles improved thanks to this effect. Microchannel geometry is an important parameter that affects the mentioned forces. By changing the geometry and dimensions, it is possible to design a particle separation mechanisms that works with higher efficiency. In this context, different microchannel designs such as straight microchannel, spiral microchannel, serpentine microchannel have been studied, and detailed studies have been carried out on these effects. Studies in the field of separation of microparticles are mostly carried out using synthetic particles in order to better understand how blood and cancer cells interact with each other. Particle separation is affected by many different parameters such as flow rate, type of fluid used, particle diameter, as well as microchannel geometry. Therefore, it is very important to best understand the physics of inertial focusing in order to design the most efficient decomposition. In this study, the concept of inertial focusing is examined. Computational Fluid Dynamics (CFD) analyzes were performed on microchannels with different geometries, parametric analyzes affecting focusing were completed and the effects were examined. Within the scope of the study, flow and particle analyzes of the sunflower geometry obtained by adding serpentine regions to a conventional spiral microchannel geometry and the importance of this geometry were discussed.
TS 825 derece gün bölgelerine göre ayrılmış 5 farklı iklim bölgesinde enerji optimizasyonu incelemesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-27) Akgün, Mesut ; Böke, Yakup Erhan ; 503191114 ; Isı Akışkan

Dünya genelinde tüketilen enerji miktarının büyük bir kısmı yenilenemez enerji kaynaklarından karşılanmaktadır. Gelişen teknoloji ve artan nüfus ile beraber enerji ihtiyacı daha da artmaktadır. Kaynakların sınırlı olmasının ve talep artışının, gelecek yıllarda enerji fiyatlarında önemli artışların meydana gelmesine sebep olması beklenmektedir. Bu durumun önüne geçmek için düşünülen önemli çözümlerden biri daha az enerji ihtiyacı olan sistemler üretmektir. Dünyada sektörel enerji tüketiminin %40'ını konutlardaki enerji tüketimi oluşturmaktadır. Tasarruf edilecek enerji miktarının da potansiyelinden dolayı bu alan çalışma için uygun görülmüştür. Kullanılan binada yapılan optimizasyon çalışması için eQUEST programı ve 3.65 versiyonu kullanılmıştır. Bu program, ücretsiz olması, saatlik ısıl yük hesaplaması yapabilmesi ve basit yapılar için daha kullanışlı olmasından dolayı seçilmiştir. Program ASHRAE standartlarına göre kabuller yapılarak oluşturulmuştur. Alınan sonuçlar kWh/m2yıl birimi ile kullanılmıştır. Yapılan çalışmada oluşturulan bina mimarisi sabit tutulmuştur. Aynı mimari farklı iklim bölgelerinde kullanılmıştır. İklim bölgeleri belirlenirken TS825 standartlarına göre belirlenmiş 5 farklı derece gün bölgesinden 5 farklı iklim verisi alınmıştır. Her bölge için önerilen toplam ısı geçiş katsayıları kullanılmış ve bu değerlerin ısıtma yükü, soğutma yükü ve ısıtma ve soğutmaya bağlı birincil enerji ihtiyacına etkisi incelenmiştir. Bina 45 derecelik açılarla döndürülerek yönlenmeye bağlı etkileri incelenmiştir. Ek olarak incelenen 10 farklı pencere türü için güney yönüne bakan pencere alanına göre ihtiyaç duyulan ısıl yük grafikleri oluşturularak sonuçlar incelenmiştir. Kullanılan bir diğer parametre ise gölgeleme kullanımı olmuştur. Dış duvara dik, farklı uzunluklarda kullanılan gölgeleme için sonuçlar incelenmiştir. Yapılan çalışmada değerlendirme ölçütü büyük önem taşımaktadır. Kullanılan parametreler için ısıtma yükü, soğutma yükü, ısıtma ve soğutmaya bağlı birincil enerji ihtiyacı değerlerine ulaşılmıştır. Araştırılan her parametre için kullanılan değerler arasından en fazla enerji tasarrufu sağlayan değer referans olarak kabul edilmiştir. Bu referans değerin kullanımı ile ulaşılan ısıl yükler kalan diğer sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Yüzde fark değerleri bulunarak not edilmiştir. Bu değerlerin ortalaması alınmış ve kullanılan parametre için seçilen en uygun parametrenin minimum kazanç değerine ulaşılmıştır. Yönlenme için 8 farklı yön kullanılmıştır. Referans olarak seçilen cephenin güney yönünde kullanılması ile %4-%9 minimum kazanç değerlerine ulaşılmıştır. TS825'te önerilen toplam ısı geçiş katsayılarının kullanımı ile ısıtma yükünde görülen değişimlerin soğutma yüklerine göre daha fazla olduğu görülmüştür. Kullanılan standardın sadece ısıtma yükleri için oluşturulduğunu doğrulamaktadır. Kullanılan pencere türleri için yine referans değerler alınmıştır. %8-%35 aralığında minimum kazanç değerlerine ulaşılmıştır. Bir diğer parametre olan gölgeleme için dış duvara dik uzunluğuna bağlı olarak farklı iklim bölgeleri için birincil enerji ihtiyacında %2-%8 aralığında kazanç değerlerine ulaşılmıştır. Araştırılan parametrelerin her iklim bölgesi için farklı oranda etkileri olmuştur. Bu etkilerin daha iyi gözlenmesi ve daha açık sonuçlara ulaşması istenmiştir. Her parametre için seçilen referans değerlerden alınan ısıl yükler bulunmuştur. Diğer değerler de kullanılarak sonuçlara ulaşılmıştır. Referans ısıl yükler ile diğer sonuçların yüzde farkları bulunmuştur. Bu değerlerin ortalaması alınarak yapılan seçimin bütün sonuçlar arasından ortalama kazancı bulunmuştur. Farklı parametreler için uygulanan bu değerler, bir iklim bölgesinin enerji ihtiyacında kullanılan parametrelerin etki yüzdesini göstermektedir. Diğer bölgelerde gölgeleme etkisi çok daha düşük iken Antalya'da %33 sonucuna ulaşılmıştır. Yönlenme etkisi %17-%24 arasında değişirken cam seçimi için %48-%76 aralığında değerler ulaşılmıştır. Farklı mimarilerde optimizasyon çalışması yapılması, hareketli gölgeleme sistemleri kullanması, maliyet analizi yapılması ileriki çalışmaların konusu olabilecek önemli alanlardır.
Sınır tabaka bariyerinin S-kanal içerisindeki hava akışına etkisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-31) Aksoy, Emrah ; Kavurmacıoğlu, Levent Ali ; 503181132 ; Isı Akışkan ; Heat Fluid

Eğrisel forma sahip kanallar ve borular endüstride birçok alanda sıklıkla kullanılmaktadırlar. Havacılık sektörü, güç üretim sistemleri, iklimlendirme ve havalandırma sistemleri, otomotiv uygulamalarında akışkan transferini gerçekleştirmek için eğrisel kanallar ön plana çıkmaktadır. Özellikle havacılık sektöründe, hava araçlarındaki kısıtlı bölgelerde eğrisel kanallar tercih edilirler. 90 derece dönüşe sahip kanallar ve S şeklinde eğrisel dönüşe sahip kanallar sıklıkla kullanılan eğrisel kanallardır. S şeklindeki kanal akışlarında, akış karakteristiğini etkileyen en önemli parametreler geometrik boyutlar ve akışa ait karakteristik büyüklüklerdir. Tasarlanan kanalın giriş kesiti ve çıkış kesiti arasındaki büyüme oranı, merkez çizgisinin eğrilik yarıçapı ve uzunluğu dikkate alınması gereken parametrelerdir. Özellikle kanal girişinden çıkışına olan alan oranı artışı, kanal içerisindeki akış ayrılmalarını tetikleyen en önemli parametrelerin başında gelmektedir. Ayrıca kanalın dönüş açısı da yüzey üzerindeki basınç dağılımını ve buna bağlı olarak yüzeydeki akışkan hareketini önemli derecede etkilemektedir. Kanal dönüş açısının artması, eğrilik yarıçapı doğrultusundaki basınç farkını arttırır. Bu basınç farkı ile eğrilik yarıçapı yönünde akışkan hareketi meydana gelir ve akışkan parçacıkları yüzeyden ayrılmaya zorlanır. Akışın yüzeyden ayrılması kanal içerisinde istenmeyen basınç kayıplarının oluşmasına yol açmaktadır. Ayrıca yüzeyden kopan akışkan parçaları yüzeye yakın bölgede girdap hareketlerine yol açar ve akışkan hareketinin önünde bir engel oluşturur. Sınır tabaka ayrılmaları ve ikincil akışların ortaya çıkması kanal çıkış yüzeyinde istenmeyen özelliklerde bir hava akışına neden olur. Özellikle beklenenden daha fazla basınç düşmesi ve düzgün olmayan bir hava dağılımı elde edilebilir. Bu durum da kanalın devamına yerleştirilecek olan sistemin daha düşük verimde çalışmasına neden olmaktadır. Kanal içerisindeki hava akışı sonucu ortaya çıkan basınç kayıplarını ve ikincil akışları yok etmek/azaltmak için sıklıkla kullanılan yöntemler vardır. Girdap üreticiler dönüşlü kanallar içerisinde ortaya çıkan akış ayrılmalarını yok etmek için kullanılırlar. Akışın ayrılma eğiliminde olduğu yüzeye gömülen girdap üreticiler, hava akışı içerisinde girdap akımları oluşturarak yüksek momentum akış bölgesinden düşük momentum bölgesine momentum transfer ederek akışın enerjisini arttırır ve yüzeyden ayrılmasını engellerler. Üretimleri ve montajları kolay olmakla birlikte, girdap üreticilerinin geometrik şekilleri, diziliş konfigürasyonları ve adetleri akış üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Üfleme ve emme metodu da akış ayrılmasını engelleme de kullanılan bir diğer yöntemdir. Akışın ayrıldığı yüzey üzerine, ayrılma noktasından daha geriye açılan bir açıklık üzerinden akışkan transfer edilir. Bu sayede ayrılma gerçekleşen yüzey etrafında akışkana enerji kazandırılmış olur. Sınır tabaka bariyerleri de dönüşe sahip geometrilerde, akış boyunca oluşan girdap akımların şiddetini azaltmak için tercih edilirler. Hem iç akış hem de dış akış uygulamalarında kullanılırlar. Girdap akımının oluşmaya başladığı bölgeye yerleştirilen sınır tabaka bariyerleri, teğetsel hız bileşenlerini eksenel hız bileşenine dönüştürerek ikincil akış şiddetini azaltırlar. Bu sayede de ikincil akışlardan kaynaklanan basınç kayıpları azaltılmış olur. Kullanılan sınır tabaka bariyerlerinin geometrik özellikleri, akış özellikleri üzerinde çok büyük etkiye sahiptir. Kullanılan sınır tabaka bariyerinin kesit büyüklüğü akışa karşı bir engel yaratırken ortaya çıkan girdap akımların şiddetini azaltmada etkilidir. Ayrıca sınır tabaka bariyerinin uzunluğu da basınç kayıplarının azaltılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Girdap üreticilerle benzer görevi yapan bir diğer uygulama da yüzey oluklarıdır. Yüzeye malzeme eklemek yerine malzeme çıkarılarak yapılan bu işlem, ortaya çıkarılan girdap akımları ile yüksek enerjiye sahip akış bölgesinden düşük enerjiye sahip akış bölgesine momentum transfer ederler. Dönüşlü yapıya sahip bir kanal içerisindeki hava akışının HAD ile analizleri gerçekleştirilmiştir. Kullanılacak olan analiz metodunun doğrulanması için bir test çalışması incelenmiştir. Çalışmada kullanılan hava kanalı HAD ortamında modellenmiştir. Türbülans modeli olarak k-ω SST tercih edilmiştir. Literatürde incelenen iç akış problemlerinin birçoğunda, test ortamında değerlendirilen iç akış problemlerinin HAD analizleri farklı türbülans modelleri ile irdelenmiştir. k-ω SST türbülans modelinin test sonuçları ile oldukça uyum içerisinde olduğu gözlemlenmiştir. 90 derece dirseğe sahip kare kesitli kanal için Re sayısının 342190 olduğu test sonuçlarına göre farklı düzlemlerdeki hız profilleri elde edilmiş ve test verileri ile kıyaslanmıştır. Dirsek bölgesinde kanalın sahip olduğu eğrilikten dolayı radyal yöndeki basınç farkı, hız profilinin bu yönde kaymasına sebep olmuştur. Bu nedenle hız profillerinin HAD ortamında daha doğru yakalanabilmesi için "eğrilik düzeltme" faktörü kullanılmıştır. Eğrilik düzeltmenin kullanıldığı ve kullanılmadığı HAD analiz sonuçları test verileri ile kıyaslandığında, yüksek gradyene sahip hız profillerinin eğrilik düzeltme katsayısı ile daha doğru şekilde tahmin edildiği görülmüştür. Sınır tabaka bölgesi haricinde HAD ve test sonuçlarının uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Sınır tabaka bölgesindeki tutarsızlıklar ise bu bölgedeki ölçümlerin zorluğundan kaynaklanmaktadır. Aynı kanal içerisinde Re sayısının 360000 olduğu durum için de bir test çalışması incelenmiştir. Bu çalışmada da basınç kayıplarını azaltmak için üst duvara tam uzunluklu ve yarım uzunluklu olacak şekilde toplam 5 farklı bariyer yerleştirilerek testler yapılmıştır. Tüm bariyer geometrileri HAD analizleri için de modellenmiştir. Kullanılan 5 bariyer geometrisinde 2 tanesi basınç kayıplarını arttırırken 3 tanesi de basınç kayıplarının azalmasını sağlamıştır. Bu durum HAD analizlerinde de elde edilmiştir. Toplam basınç kayıp katsayısı tanımlanmıştır ve bu değer bariyersiz kanal geometrisi için 0.167 olarak hesaplanmıştır. Aynı parametre HAD analizlerinde 0.16 olarak elde edilmiştir. Aradaki farklılığın temel sebebi test ve analiz ortamındaki hava yoğunluğunun farklı olmasıdır. Bu kanal geometrisindeki akış koşullarında dirsek bitiminden sonra etkileşim halinde olan iki girdap akım çifti oluşmuştur ve duvara oldukça yakın bölgededir. Bu nedenle kullanılacak bariyerin alanının küçük olması girdap akım çiftinin etkisinin azaltılması için daha fazla avantaj sağlamıştır. Kullanılacak olan metot doğrulandıktan sonra, S şeklinde bir hava kanalı tasarlanmıştır. Kanal hem saat yönünde hem de saat yönünün tersine 45 derece dönüş açılarına sahiptir. Giriş kesiti dikdörtgendir. Çalışmanın ilk aşamasında kanal alanı girişten çıkışa farklı oranlarda büyütülmüştür. Alan oranı 2.56'ya gelene kadar kanal boyunca toplam basınç kayıpları azalmış ancak 2.56'dan sonra tekrar artmaya başlamıştır. Bunu da akış profili üzerinde göstermek için kanal orta kesiti boyunca hız profili hem eş çizgiler hem de vektör çizgileri olarak elde edilmiştir. Alan oranının 2.56'yı geçmesi ile birlikte ilk dönüşün bittiği ve ikinci dönüşün başladığı yerde akışın yüzeyden ayrıldığı ve girdap akışların oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu nedenle en az basınç kaybını sağlayan 2.56'lık alan oranına sahip olan S-kanal ile HAD analizlerine devam edilmiştir. Ayrıca kanal girişinden çıkışına kadar belirli bölgelerdeki ikincil akış dağılımları incelenmiştir. Birinci dirseğin bittiği bölgede en yüksek ikincil akış değerleri gözlemlenmiştir. Hem basınç kayıplarını hem de ikincil akışları azaltmak amacı ile kullanılacak olan sınır tabaka bariyer geometrileri birinci dönüşün bittiği ve ikinci dönüşün başladığı noktadan itibaren kanala yerleştirilmiştir. Dikdörtgen kesitli bariyerler tercih edilmiştir. 3 farklı yükseklik ve 5 farklı genişlik olacak şekilde 15 farklı bariyer geometrisi yerleştirilerek HAD analizleri tamamlanmıştır. Kanal kesitinin büyüyerek ilerlemesinden dolayı girdap akımlar tüm kesite yayılmıştır. Bu nedenle küçük kesitli bariyerlerin kullanılması ikincil akışların azaltılmasında etkisiz kalmıştır. Sınır tabaka bariyerlerinin genişlikleri arttıkça, hem toplam basınç kayıp katsayısı azalmış hem de ikincil akışlar ciddi oranda azaltılmıştır. 40 mm genişlik ve 6 mm yüksekliğe sahip olan bariyer yapısı kullanıldığında toplam basınç kayıp katsayısı %4.18 oranında azalmıştır. Çıkış kesiti giriş kesitine göre 2.56 oranında arttığı için sadece bir yüzeye eklenen bariyer yapısı ikinci girdap çiftinin etkisini azaltamamıştır. 40 mm x 6 mm bariyer yapısı karşılıklı 2 duvara yerleştirildiğinde toplam basınç kayıp katsayısındaki iyileşme %4.18'den %7.13'e çıkarılmıştır. Bariyersiz kanalda çıkış kesitindeki ikincil hız şiddeti 1.3 m/s olarak hesaplanırken, 40 mm x 60mm'lik bir bariyer kullanılması ile bu değer 0.96 m/s'ye inmiştir. Karşılıklı iki duvara bariyer yerleştirildiğinde ise çıkış kesitindeki ikincil hız 0.69 m/s değerine kadar düşmüştür. Yani karşılıklı 2 bariyer kullanıldığında, çıkış kesitindeki ikincil hız değeri neredeyse yarı yarıya azalmıştır.
Gaz türbinlerinde jet çarptırma etkisi ile kanatçık kılıfının soğutulma optimizasyonu

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-31) Yazan, Alican ; Kavurmacıoğlu, Levent Ali ; 503181128 ; Isı Akışkan ; Heat Fluid

Tarihin eski dönemlerinden beri insanoğlu enerji ihtiyacını karşılayabilmek için basit makinalardan daha kompleks makinalara doğru tasarımlarını geliştirmiştir. Sanayi devriminden önce insanoğlu enerji kaynağı olarak insan gücü başta olmak üzere hayvan gücü ve doğadan yararlanmışlardır. Doğada daha çok rüzgar ve akarsular ile bu gereksinim karşılanmış olup zaman içinde bu kaynaklar yetersiz kalmaya başlamıştır. Sanayi devrimiyle beraber 17.ve 18.yy'den itibaren ciddi bir enerji gereksinimi hasıl olmuştur. Bu gereksinimi karşılayabilmek için kullanılan makina teknolojisi de gelişmiştir. Günümüze geldiğimizde enerji gereksinimimiz kömür, doğalgaz, petrol, nükleer gibi kaynakların yanı sıra yenilenebilir enerji kaynaklarıyla karşılanmaktadır. Teknolojik anlamda enerji ihtiyacının karşılanması için geliştirilen makinaların başında gaz türbinleri gelmektedir. Gaz türbinlerinden elde edilen enerjiyi kullanarak ilk tahrik işlemi Frank Whittle tarafından gerçekleştirilmiştir. Daha çok havacılıkta kullanılsa da yer tipi olarak kullanılabilen tipleri de mevcuttur. İtkiden yararlanarak enerji elde edilen turbojet tipleri ilk örnekleri sayılabilir. Ardından turbofan, turboşaft ve turboprop gibi tipleri geliştirilmiştir. Turbofanda itkiden yararlanarak enerji sağlanırken turboprop ve turboşaftta ise mil vasıtasıyla enerji sağlanmaktadır. Gaz türbinleri çalışma prensibi olarak termodinamik açıdan Brayton çevrimine dayanmaktadır. Brayton çevriminde hava kompresörde sıkıştırılıp basınçlandırılırak yanma odasına gönderilmektedir. Yanma odasında yakıt ile enerjisi artırılan hava yüksek sıcaklıkta türbine gönderilir ve akışkanın enerjisi türbinde mekanik enerjiye döndürülerek kompresörün sürülme işlemi gerçekleşmiş olur. Gaz türbinlerinde bu enerjiyi elde ederken yanma odasından yüksek enerjili hava türbin kademelerine getirilmektedir. Buradaki sıcaklıklar günümüz teknolojisinde 2000 K dolaylarındadır. Türbinde malzeme limitlerinin üzerinde olan bu sıcaklıklarla başa çıkmanın yolu etkili soğutma teknolojisi geliştirmektir. Diğer bir yöntem de malzeme teknolojisini geliştirmektir. Soğutma ve malzeme teknolojisinin yıllar boyunca ilerlemesi farklılık göstermektedir.Malzeme teknolojisine bakıldığında her on yılda 50 Kelvin miktarında bir sıcaklık dayanımı sağlarken, türbin giriş sıcaklıkları ise her on yılda bir 170 Kelvin civarında artmaktadır. İşte bu türbin giriş sıcaklığı ile başa çıkabilmek için soğutma teknolojileri her on yılda 120 Kelvin civarında soğutma sağlayacak şekilde geliştirilmiştir. Buradan da anlaşılacağı üzere soğutma teknolojileri gelişimi malzeme teknolojisini epey hızlı geçmektedir. Gaz türbinli motorlardaki önemli soğutma tiplerinden birisi de jet çarptırmalı soğutmadır. Jet çarptırmalı soğutmayı diğer soğutma türlerinden ayıran avantaj ısı transfer katsayısının artmasıyla sürtünme katsayısının artmasının minimum düzeyde kalmasıdır. Literatür çalışmasına bakıldığında ısı transfer etkinliğini azaltan en büyük faktör çapraz akış etkisidir. Bu sebepten dolayı bu çalışmanın literatür tabanlı doğrulama kısmında çapraz akış etkisini göz önünde bulundaran makalenin HAD doğrulaması yapılmıştır. Bu çalışmada üç farklı akış çıkış durumu için Nusselt sayısı değişimi doğrulanmıştır. İlk olarak makaledekine uygun geometri oluşturulmuştur. Ardından çözüm ağı oluşturulmuş ve ağ yapısından bağımsızlık için üç farklı analiz yapılmıştır. Bağımsızlığın sağlandığı 1.96 milyon elemanlı model ile çalışmaya devam edilmiştir. Düzgün dağılımlı akış elde edebilmek amacıyla akış tam gelişmiş hale getirilerek plakaya sokulmuştur. Modelde diğer yüzeyler sabit sıcaklık sınır şartında tutulmuştur. Türbülans modeli olarak 𝑘 − 𝜔 SST türbülans modeli kullanılmıştır. Akışın iki yönden de çıktığı durumda çapraz akış etkisinin minimum olduğu ve ortalama Nu sayısı değerlerinin en yüksek olduğu gözlemlenmiştir.Ayrıca tüm akış düzenlemeleri için elde edilen sonuçlar literatürde bulunan korelasyonlar ile karşılaştırılmış en uygun çözümü veren akış düzenlemesinin akışın iki yönden çıkış yaptığı düzenleme olduğu sonucuna varılmıştır. Kanatçık kılıfı soğutma analizlerine başlanmadan önce geometri elde edilmiş ve çalışmanın farklı delik konfigürasyonları ve plaka yükseklikleri için incelenmesi gerektiği belirlenmiştir. Toplamda biri tek sıra dizilimli diğer ikisi şaşırtmalı dizimli olacak şekilde 2x7, 3x4 ve 3x5 delik dizilimleri incelenmiştir. Her dizilim için jetler ile hedef plaka arası mesafenin jet çapının 4, 5 ve 6 katı olan uzaklıklarla beraber toplamda dokuz analiz incelenmiştir. Analizler için çözüm ağı yapısı oluşturularak ağ yapısından bağımsızlık çalışması tamamlanmıştır. Bağımsızlığı sağlayan eleman sayısı 35 milyon civarındadır. Türbin birinci kademe kanatçık kılıfı kullanılacağından rotor ile kanatçık kılıfı arasındaki uç açıklığında ısı taşınım katsayısı ve sıcaklık belirlenerek sınır şartlarına girdi yapılmıştır. Katı sıcaklık dağılımı da merak edildiğinden bileşik ısı transferi çözümü yapılması gerekmiştir. Katı modeller olarak türbin muhafazası, çarptırma plakası ve kılıf metalinden oluşmaktadır. Sıcaklıkların kılıf malzemesi olarak kullanılan metal sıcaklığından aşağıda kalması gerekmektedir. Akışkan girişinde kullanılan kütlesel debi mertebesi tipik bir turboşaft motorunun ilgili bölgesinde kullanılan debi miktarı kadardır. Basınç sınır şartları da yine türbin birinci kademesine uygun olarak girilmiştir. Analiz sonuçları incelendiğinde en iyi soğutma performasının şaşırtmalı dizilime ait 3x4 dizilimli ve jet ile hedef plaka yüksekliğinin çapın 4 katı olduğu durumda elde edildiği görülmüştür.Yüzeyden en fazla ısıyı çeken dizilim olduğu gibi metal sıcaklıkları da dayanım sıcaklıklarının altında kalmıştır. Tüm konfigürasyonlarda ısı transferini azaltabilecek olan çapraz akış etkisi görülmemiştir. Yani jetler biribirini etkilemeden hedef yüzeye çarpmaktadırlar. En iyi performansı sağlayan dizilimde jet hızları diğer konfigürasyonlara göre daha yüksektir. Her bir konfigürasyonda hedef yüzey ile jetler arasındaki mesafe arttıkça soğutma performansının düştüğü görülmüştür. En iyi performans veren konfigürasyon için 𝑘 − 𝜀 RNG türbülans modeli baz alınarak analiz tekrarlanmış ve yüzeyden çekilen ısı miktarında %10 civarında düşüş gözlemlenmiştir. İkinci bir türbülans modelinin kullanılmasının sebebi literatürde jet akışlarında yoğun şekilde iki modelin karşılaştırılmasından kaynaklanmaktadır. Türbülans modelleri arasındaki fark da belli ölçüde ortaya konmaya çalışılmıştır. Ayrıca aynı jet çarptırma plakası yüksekliğine sahip ve aynı X/D uzunluğuna sahip 3x4 dizilim ve 3x5 dizilim konfigürasyonları karşılaştırılarak Y/D etkisi incelenmiştir. Bu durumda Y/D uzunluğu fazla olan 3x4 dizilim konfigürasyonunun daha iyi sonuç verdiği ortaya konmuştur. Literatürde şaşırtmalı dizilim için en yaygın kullanılan korelasyonlardan üç tanesi incelenmiştir. Bunlar Florscheutz, Goldstein ve Martin'e ait korelasyonlardır. Bu korelasyon sonuçları ile HAD modelinden elde ettiğimiz sonuçlar karşılaştırılmış ve en yakın sonucu veren korelasyon olarak Florscheutz korelasyonu belirlenmiştir.
Development of heat rejection prediction methodology for selection of cooling elements in diesel engines

(Graduate School, 2022-02-17) Epgüzel, Emre ; Kutlar, Osman Akın ; Özgül, Emre ; 503181109 ; Heat-Fluid

Internal combustion engines convert chemical energy in fuels such as diesel, gasoline, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas) into mechanical energy. The fuel used enters a chemical reaction with the air in the combustion chamber inside the engine and releases heat energy. This heat released increases the gas pressure in the combustion chamber, which causes the piston to move. Engines can be classified according to criteria; such as fuel type, cylinder arrangement, operating time, mixture formation, ignition type (spark ignition - compression ignition), cooling technique (air-cooled, water-cooled), method of filling the cylinder (naturally aspirated, turbocharged, supercharged), or valve arrangement. The most significant environmental and health problems encountered in diesel vehicles are caused by nitrogen oxides and particles emissions. Both of these have very high emissions compared to gasoline vehicles. Emission standards have been established to keep these emissions under control. The amount of NOx (Nitrogen Oxide) formed during combustion is highly rely on temperature. By diluting the mixture in the combustion chamber with the exhaust gases with the help of the EGR (exhaust gas recirculation system), the combustion end temperatures and thus the amount of NOx produced are reduced. The function of this system is to reduce the oxygen concentration in the mixture by sending the exhaust gases back to the cylinders, reducing the mixing ratio, and reducing the maximum gas temperature by raising cylinder gases heat capability . Increasingly stricter emissions regulations are forcing the automotive industry to focus on new technologies ensuring lower emissions. The declaration of the European Union Commission in May 2018 targets 30% lower CO2 (carbon dioxide) emissions compared with 2019 average fleet values in the heavy-duty vehicle market. Conventional diesel engines must operate with maximum energy efficiency to fulfill the requirement. Lowering the engine heat rejection to air and coolants (water, oil) is an obligation to increase energy efficiency and utilize the wasted energy as enhanced exhaust enthalpy. Within the scope of this thesis, the estimation methodology of the total heat rejection to the radiator, which can use in the early stages of an internal combustion engine development, is studied with the help of a 1-dimensional thermodynamic model, and a correlation study is carried out with the test data. It provides a meaningful benefit in the selection of cooling components by accurately estimating the total heat. Furthermore, within the scope of this thesis, the domestic engine (Ecotorq) of F-MAX, a domestic production heavy-duty vehicle belonging to Ford OTOSAN A.Ş., is studied. Ecotorq, analyzed within the scope of this study, is an internal combustion engine with 13L engine displacement and 500PS brake power, 4-stroke, turbocharger and EGR system, Euro6d calibration. The concept first introduced in this study is the coolant and oil temperature measurement procedure to calculate the heat transfer from the combustion chamber walls. The calculated heat transfer is then used as reference data for model correlation. More refined heat transfer reference data is needed separately for the piston, cylinder head, and liner, as the coolant and oil temperature measurement will only give the total heat transfer from the cylinder head, cylinder liner, and piston. Therefore, a 3D-CFD combined heat transfer model, already correlated with the reference test data, is used for the detailed correlation in the combustion chamber sections. Coolant and oil heat values can also be checked by looking at the coolant and oil temperature measurements. Therefore, the heat transfer is calculated from these values. Although the actual heat transfer can obtain with the highest accuracy from the 3D-CFD heat transfer model, it requires an extremely slow and time-consuming process as expected. At this point, the advantage of the thermally correlated 1D engine performance model is that it is really fast, and once the correlation study is complete, it is very reliable for the spatial maximum and average surface temperatures it produces at each operating point for simulations. In the methodology, a 1-dimensional thermodynamic model of the base engine is generated, and a thermal correlation study is carried out to the outputs of the 3-D computational fluid dynamics model, which was previously correlated to the reference test data. During this study, the correlations of critical metal temperature, heat rejection, and exhaust temperature played a vital role. Next, thermal test data is collected in a dynamometer test environment. In addition to the critical performance parameters such as indicated torque and maximum in-cylinder pressure in the model, the total rejected heat from the cylinder &ports, and the results of these test data are at a good correlation level. A separate 1-dimensional model was produced, and a correlation study was performed with the test data to estimate the rejected heat from the EGR cooler. Subsequently, an engine model was created by combining the base engine, EGR cooler model, and turbocharger with the correlation study. An optimization study has been carried out for the "DI-Pulse" combustion model, which is a predictive combustion model. This engine model can predict heat rejection parameters and engine performance parameters at a good level and quickly. Finally, the methodology study was completed by comparing this final thermal model obtained as a result of optimization with the test data collected to compare both engine performance and thermal data. This model can predict total radiator and EGR cooler heat rejection at ±10 kW and ±5 kW for heat dissipated from cylinders and ports. The methodology has been validated by comparing it with test data. With the help of the methodology, unexpected overheating problems can be predicted, the correct design selection of cooling system components can be realized through analytical tools, and cost and time optimization can be achieved by reducing the actual testing needs.
Angel wing overlap length effect on rim seal design

(Graduate School, 2022-05-18) Arıkan, Ahmet Cihat ; Kırkköprü, Kadir ; 503171103 ; Heat and Fluid

Gas turbine engines are a type of energy conversion machines that have civil and military applications and used in many fields such as aircrafts, sea vehicles and electricity generation. They are subdivided as turbojet, turbofan, turboprop and turboshaft according to their usage areas. Three main components compose the main flow path of the gas turbine engines. These are compressor, combustion chamber and turbine. The main flow path consists of stationary and rotating parts. The openings between rotating and stationary parts cause parasitic flows. For this reason, the engine's secondary air system (SAS) is designed to pressurize the rotor-stator cavities, to ensure the sealing between rotating and stationary parts, and cool down the parts that are exposed to high temperatures. To pressurize rotor-stator cavities, rim seal design and flow calculations play an important role in gas turbine engine design. While pressurizing the rotor-stator cavity, the SAS flow also cools down the cavity, and hence improves the rotating and stationary part's life and durability limits. In order to do that, preventing hot gas ingestion into the cavity completely or partially holds an important role. The amount of cooling air used in the cavity highly depends on the boundary conditions and geometry of the rim seal. The use of a large amount of cooling air contributes positively to component strength and life, while reducing overall engine efficiency and increasing specific fuel consumption. Meanwhile, designing complex rim seal geometry reduces the cavity cooling air requirement but makes the manufacturing processes difficult and clearance control challenging at the rim seal. As a result, the pressurization of the rotor-stator cavity with the appropriate flow rate makes the rim seal design vital. The aim of this master thesis is to examine the amount of ingestion from the main flow into the cavity in terms of overlap distance and clearance of the angel wing. In this way, it is aimed to make more precise predictions while designing the rim seal and calculating sufficient amount of cooling air. In this thesis, a validation study was performed using an experimental data from the literature. A methodology was applied by selecting proper geometry and methods for CFD solutions. Grid independency study was also carried out for the CFD model. Based on literature data, a parametric study was exerted by looking at the effects of the amount of overlap length at a radial opening for a rim seal configuration. The results were evaluated and visualized.
Kara tabanlı somon üretim çifliğinde iklimlendirme sistem seçimi için optimizasyon ve termoekonomik analiz

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-01) Yavezoğlu, Himmet Can ; Böke, Yakup Erhan ; Isı Akışkan

Japonya Tsu kentinde tesis edilecek kara tabanlı somon üretim tesisi için iç ortam sıcaklık ve nem değerlerinin belirlenmesi için, proses sistemi ile ilişkisi incelenerek, optimizasyon çalışması tamamlanmıştır. Balık yetiştiriciliği kara tabanlı su resirkülasyonlu su ürünleri yetiştiriciliği sistemi (recirculating aquaculture system-RAS) ile yapılmaktadır. Somon balıkları, bina içerisinde, su dolu tanklar içerisinde yetiştirilmektedirler. Balıklar; yetişkinlik durumlarına göre, farklı su tankları içerisinde yetiştirilmektedirler. Balıkların, su tanklarında içerisinde gelişimleri devam ederken, içerisindeki bulundukları suya, solunum yoluyla CO2 yaymaktadırlar ve su içerisindeki CO2 konstrasyonu balık gelişimini etkilemesi sebebi ile, biyofiltre isimli ünitelerde su CO2'den arındırılır. CO2'den arındırılan su, balık gelişimini olumsuz yönde etkilemeyecek sıcaklığa tekrardan şartlandırılarak, tanklara geri gönderilmektedirler. Biyofiltre üniteleri, arındırma işlemini hava ile gerçekleştirmektedir. Biyofiltrelerin havalandırma sistemi için iki farklı alternatif sunulmuştur. Alternatif-1'de hava ihtiyacının mahal içerisinden çekilerek, egzoz havasının mahal içerisine verilmesi araştırılmıştır. Biyofiltreden çıkan havanın 12°C'de çıkıyor olması sebebi ile, mahale soğutma etkisi yaratacağı ve iklimlendirme sisteminin yükünü azaltacağı düşünülmüştür. Fakat biyofiltreden çıkan havanın nem ve CO2'nin seviyesinin yüksek olması sebebi ile iç ortamdaki nem ve CO2 seviyesinin kontrol edilmesi gerekmektedir. Ayrıca, biyofiltre hava gereksinimin mahal şartlarındaki havadan karşılanması durumunda, mahal sıcaklığındaki havanın proses suyunun sıcaklığını değiştireceğinden dolayı ısıl gereksinimi artmaktadır. Alternatif-2'de ise, biyofiltre havalandırma sistemi tamamı ile mahal havalandırma sistemi tamamı ile ayrılmıştır. Biyofiltre ve mahal havalandırma sistemleri birbirinden bağımsız klima santralleri ile gerçekleştirilmiştir. Biyofiltre için gerekli havalandırma debisi, proses suyu şartlarına getirilerek, biyofiltreye gönderilmiş ve proses için gerekli ısıl yükün düşürülmesi planlanmıştır. Ayrıca biyofiltreden çıkan havanın ise, mahal içerisine karışmaması sebebiyle, mahal içi nem ve CO2 dengesinin nasıl değişeceği araştırılmıştır. Hesaplamalar öncelikle yaz mevsiminde farklı iç ortam sıcaklıkları için tamamlanmıştır. Yaz mevsimi için gerekli soğutma ihtiyacı, iklimlendirme ve proses sistemleri için belirlendikten sonra, alternatifler arasından daha az soğutma ihtiyacı olan sistem seçilmiştir. Yaz için belirlenen alternatif ve optimum iç ortam sıcaklık değerine göre, kış mevsimi için hesaplamalar tamamlanmıştır. Kış mevsimi için yapılan hesaplamalar sonucunda, iklimlendirme ve proses sistemleri için gerekli ısıtma ve soğutma ihtiyacı belirlenmiştir. Isıtma ve soğutma ihtiyaçlarının belirlenmesi sonrasında sistemler için klima santrali, hava soğutmalı su soğutma grubu (chiller) ve ısı pompası cihazlarının seçimi yapılmıştır. Cihaz seçimlerinin yapılması sonrasında ise, tesisin aylara göre yıllık enerji sarfiyatının belirlenmesi için, Carrier HAP ticari yazılımı ile termoekonomik analiz yapılmıştır. Yapılan termoekonomik analiz sonuçlarına göre, sistemde en çok enerji sarfiyatı gerçekletiren ekipmanlar belirlenerek, nerelerde iyileştirme yapılabileceği özetlenmiştir.
Ağır ticari bir araçta kabin yapısının aerodinamik direnç üzerindeki etkisi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-02) Aktaş, Cemal Dinçer ; Kavurmacıoğlu, Levent Ali ; 503191106 ; Isı Akışkan

Yük taşımacılığı, dünya çapındaki ticari malların taşınmasının fiziksel sürecidir. Deniz aşırı taşımacılıkta gemiler ön plana çıksa da karayolu taşımacılığında ağır ticari araçlar önemli bir paya sahiptir. Son 10 yıldır Avrupa kıtasındaki karayolu taşımacılığının yaklaşık %75`inde ağır ticari araçlar görev almaktadır. Yük taşımacılığı ile transfer edilen her bir ürün fiyatına aynı zamanda taşımacılık masrafları da yansıtılmaktadır. Bu sebeple küresel anlamdaki ticari faaliyetlerde yük taşımacılığı maliyetlerini azaltmak evrensel bir amaçtır. Yük taşımacılığı sektöründeki ağır ticari araçlar her gün yüzlerce kilometre yol almaktadır. Günümüzde içten yanmalı motor kullanan bu araçların sebep olduğu CO2 salınımı Avrupa Birliğindeki toplam CO2 salınımının %6`sını, karayolu ulaşımından kaynaklanan salınımın ise %25`ini oluşturmaktadır. Dünya çapında her geçen gün artan taşımacılık faaliyetleri CO2 salınımı için büyük bir tehdit oluşturmaktadır. CO2 salınımının ortaya çıkaracağı iklim krizinin önlenmesi amacıyla Avrupa Birliği tarafından ağır ticari araçlar için ilk karbon salınımı yönetmeliği 2019 yılında yürürlüğe girmiştir. Buna göre araç üreticilerinin önümüzdeki 5 ve 10 yıl içerisinde ürettikleri araçların CO2 salınımlarını %15 ve %30 olarak kademeli bir şekilde azaltması gerekmektedir. Bu nedenle araç üreticilerine büyük bir sorumluluk düşmektedir. Ağır ticari araçların CO2 salınımında birkaç farklı parametre etkilidir. İçten yanmalı motor karakteristiği, yuvarlanma direnci ve aerodinamik direnç bunların önde gelenleridir. Hareket esnasında aracın maruz kaldığı tüm direnç kuvvetleri düşünüldüğünde araç hızı arttıkça aerodinamik direncin etkisinin de arttığı görülmektedir. Ayrıca sıfır CO2 salınımına sahip araçların güç tüketiminin azaltılması için de aerodinamik direncin azaltılması öncelikler arasındadır. Bu nedenle ağır ticari vasıtalarda aerodinamik direnç kuvvetinin azaltılması için birçok çalışma mevcuttur. Bu çalışmalar içerisinde aynı zamanda treyler yapısı da incelenmektedir. Treyler yapısının incelendiği çalışmalarda genel olarak treyler üzerine eklenen parçalar ile aerodinamik direncin azaltılması hedeflenmektedir. Ancak eklenen bazı parçalar kaza güvenliği için tehdit oluşturmakta ve konteyner tipi treylerlerin gemilerde istiflendiği sırada daha fazla yer kaplamalarına sebep olmaktadır. Bu nedenlerden dolayı araç kabini üzerindeki iyileştirme çalışmaları daha ön plandadır. Avrupa ve Amerika kıtalarındaki farklı uzunluk yönetmeliklerinden dolayı farklı ülkelerde kullanılan kamyonların kabin türleri de birbirinden farklıdır. Amerikan yönetmeliklerine göre taşınan yükün uzunluğu bir sınıra bağlanmıştır. Avrupa yönetmeliklerinde ise kabinin önünden treylerin arkasında kadar olan kamyon-treyler ikilisinin toplam uzunluğu limitleri aşmamalıdır. Bu durum iki farklı kabin tipinin oluşmasına sebep olmuştur. Amerika kıtasında kullanılan kamyonlarda motor aracın ön kısmında bir çıkıntı gibi paketlenmektedir. Ayrıca kabin içerisinde sürücüler için oluşturulan yaşam alanı da oldukça geniştir. Bu tip kabinler geleneksel kabin olarak adlandırılır. Avrupa kıtasında kullanılan kamyonlarda ise uzunluk sınırları sebebi ile motor kabinin altına paketlenmektedir. Ayrıca treylere serbest bir hareket imkanı sağlanması için araç kabini ile treyler arasındaki boşluk da bir limite bağlıdır. Bu tip kabinler de motor üstü kabin olarak adlandırılır. Motor üstü kabinler, uzunluk sınırları sebebi ile geleneksel kabinlere göre daha kaba ve köşeli tasarımlara sahiptirler. Motor üstü kabinler tasarımlarından dolayı geleneksel kabinler göre daha yüksek aerodinamik dirence maruz kalmaktadır. Bu sebeple motor üstü kabinler aerodinamik anlamda gelişime daha çok ihtiyaç duymaktadır. Günümüzde motor üstü kabine sahip kamyonların aerodinamik direncinin azaltılması için araçlara çeşitli parçalar eklenmektedir. Bu amaçla araç tavanına ve yan duvarlara eklenen kapama parçaları araç ile treyler arasındaki boşluğa hava girişini engelleyerek aerodinamik fayda sağlanmaktadır. Ancak araç üzerine eklenen parçalar ile elde edilecek aerodinamik kazanç sınırlıdır. Aerodinamik direncin daha da azaltılması için kabin tasarımında değişiklik yapılması kaçınılmazdır. Bu amaçla motor üstü kabine sahip araçların belirli sınırlar dahilinde geleneksel kabin gibi uzatılması güncel bir araştırma konusudur. Bu çalışmada kamyon kabini üzerinde yapılacak yenilikçi tasarımlar ile aerodinamik direncin azaltılması ve daha çevreci araç tasarımlarına öncülük edilmesi için HAD analizlerinden yararlanılmıştır. Tez çalışmasında kullanılan HAD yöntemlerinin doğruluğu literatür çalışmaları kullanılarak ispatlanmıştır. Bu amaçla basitleştirilmiş bir kamyon modeli üzerinde 3 farklı türbülans modeli kullanılarak HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonuçları deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır. Literatürde aynı kamyon modeli için farklı türbülans modelleri ile yapılan çalışmalar da karşılaştırmalara dahil edilmiştir. Bu karşılaştırmalar kapsamında öncelikle Cd değerleri incelenmiştir. Ek olarak belirli bir araç yüzeyindeki basınç dağılımları da farklı türbülans modelleri kullanılarak hesaplanmış ve literatür çalışmaları ile karşılaştırılmıştır. Doğrulama çalışmaları neticesinde detaylı kamyon modelinde kullanılacak sayısal ağ yapısına ve türbülans modeline karar verilmiştir. Çalışmada ağır ticari bir aracın aerodinamik karakteristiğinin incelenmesi ve geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla yapılacak HAD analizlerinde Ford Otosan tarafından geliştirilip üretilen ve 2016 yılında yollara çıkan Ford F-max aracı kullanılmıştır. Ford F-max aracı için detaylı bir geometrik model oluşturulmuş ve kalite parametrelerine uygun sayısal ağ yapısı örülmüştür. Aracın aerodinamik özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla burunlu kamyon kavramı ele alınmıştır. Mevcut araç kabinin uzatılarak burunlu kamyon tasarımının elde edilebileceği 3 farklı kabin oluşturulmuştur. Burada araç üzerinde yapılacak değişikliklere farklı kabinlerin vereceği cevaplarında incelenmesi hedeflenmiştir. İncelenen farklı araç kabinlerinden ilki referans modeldir. İkincisinde, aracın ön camı dikleştirilmiştir, sonuncusunda ise aracın ön camı dikleştirilirken ve A-sütununda da kavisli bir yapı incelenmiştir. Kabin üzerinde köklü değişiklikler yapılsa da üç farklı kabin için HAD analizleri neticesinde elde edilen CD değerlerine bu değişiklikler yansımamıştır. HAD sonuçları incelendiğinde araç üzerinde yapılan değişiklikler ön cam ve A-sütunu civarında iyileştirme sağlarken aracın farklı bölgelerinde mevcut durumu kötüleştirmiştir. Bu nedenle araç üzerindeki farklı parçaların aerodinamik direnç üzerindeki etkileri de 3 farklı kabin için incelenmiştir. Bu amaçla ilk olarak ön camın üst kısmında bulunan güneşlik parçası modellerden çıkarılmıştır. Güneşliksiz model sonuçları incelendiğinde, cam dikleştirme tasarımının cam üzerindeki basıncı azaltırken güneşlik üzerindeki basıncı arttırdığı tespit edilmiştir. Farklı kabin tasarımları ile elde edilebilecek aerodinamik faydanın güneşlikten dolayı gölgelendiği belirlenmiştir. Ardından benzer şekilde yan aynaların etkisi incelenmiştir. Yolcu araçlarında yan aynalar araç etrafında akış ayrılmalarına sebep olan bir parçadır ve yolcu araçlarından aynaların çıkartılması genel olarak aerodinamik direnci iyileştirici etki göstermektedir. Ancak kamyon gibi kaba cisimlerde yan aynalar akışı yönlendirici bir etki gösterebilmektedir. Nitekim aynasız model sonuçları incelendiğinde de benzer çıktılar alınmıştır. Mevcut A-sütunu tasarımı ile aynaların sökülmesi aracın aerodinamik direncini oldukça yükseltmiştir. Bunun aksine kavisli A-sütunu tasarımına sahip üçüncü kabin modelinde aracın aerodinamik direnci ciddi bir düşüş göstermiştir. Çalışmalar neticesinde araç üzerine parça eklenmesi ya da çıkarılmasının aerodinamik dirence etkisi araç kabinine göre farklılık gösterdiği görülmüştür. Bu nedenle sabit bir kabin tasarımında araç üzerine ilave edilecek parçalar ile sağlanacak aerodinamik faydanın bir sınır vardır. Son olarak üç farklı kabin tasarımında kabinler uzatılarak burunlu kamyon kavramının etkileri incelenmiştir. Kabin uzatma araç etrafındaki akış dağılımını olumlu etkileyerek üç kabinin de aerodinamik direncini azaltmıştır. Üç farklı kabin üzerinde yapılan çalışmalar ile oluşturulan tasarım havuzu incelenmiş ve her bir değişikliğin faydalı etkisini içerek nihai bir model yaratılmıştır. Oluşturulan nihai modelde güneşlik ve yan ayna parçalarına yer verilmemiştir. Buna karşın uzatılmış kabin üzerinde dikleştirilmiş cam ve kavisli A-sütunu bir arada incelenmiştir.
Coriolis tipi kütlesel debimetrelerde basınç kaybının modellenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-03) Bozkurt, Ata Efekan ; Kavurmacıoğlu, Levent Ali ; 503191104 ; Isı Akışkan

Endüstriyel alanlarda akış şartlarının tespit edilmesi amacıyla debimetreler yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Farklı tasarım ve ölçüm tekniklerine sahip çok sayıda debimetre türü bulunmasına rağmen hepsinin temel amacı birim zamanda birim kesitten geçen akışkanın debimetrenin cinsine göre kütlesel veya hacimsel debisinin tespit etmektir. Debimetreler hacimsel ve kütlesel debi ölçebilen tip olmak üzere iki türe ayrılırlar. Hacimsel debimetrelerin klapeli, orifis, ultrasonik, değişken alanlı, türbin tipli, termal kütle, elektromanyetik ve vorteks tipi olmak üzere birçok çeşidi bulunmaktadır. Kütlesel debimetrelere de vorteks, termal kütle, türbin ve Coriolis tip kütlesel debimetreler örnek olarak verilebilir. Kütlesel debi ölçümü yapabilen bir debimetre çeşidi olan Coriolis tip debimetreler, yoğunluğu ve birim zamanda geçen kütle miktarını birbirlerinden bağımsız şekilde ölçebilmektedir. Bu durum, çeşitli koşullar sebebiyle yoğunluğun değişken olduğu veya sıkıştırılabilir akışların olduğu problemlerde yaygın olarak tercih edilmelerine sebep olmaktadır. Dolayısıyla bu koşulların yoğun olarak karşılaşıldığı yiyecek ve içecek üretim tesisleri, gaz boru hatları, su ve atık su tesisleri, ilaç, kimya sanayi ve madencilik sektörü gibi alanlarda kullanılmaktadırlar. Coriolis tipi debimetreler kütlesel debiyi dolaylı ölçüm yöntemi olan hacimsel debi ve yoğunluk ifadesiyle kütlesel debi değerine ulaşarak değil, doğrudan ölçebilme kabiliyetine sahiptirler. Bunu yapabilmek için aynı zamanda debimetreye adını veren Fransız matematikçi ve mühendis Gaspard-Gustave de Coriolis'in tespit ettiği Coriolis etkisinden faydalanırlar. Coriolis etkisi, hareket eden bir referans sisteminde doğrusal bir yol izleyen nesnenin yolundan sapmasıdır. Gerçekte hareket halindeki nesne yolundan sapmamasına karşın hareket halindeki referans sistemi sebebiyle bu şekilde görünmektedir. Bu etki özellikle doğrusal hareket yapan objelerde daha da belirgin hale gelmektedir. Örnek olarak havada düz bir yol izleyen bir cisme bakıldığında cismin Dünya'nın dönüşü nedeniyle rotasını kaybettiği görülecektir. Nesne gerçekte rotasından sapmamasına karşın Coriolis etkisinin oluşmasına neden olan Dünya'nın dönme hareketi sonucu dışarıdan bakan gözlemci açısından bu şekilde algılanacaktır. Örnek olarak Dünya'da kuzey güney noktaları doğrultusunda bir çizgi boyunca hareket eden bir nesne Kuzey Yarım Küre'de sağa, Güney Yarım Küre'de ise sola doğru belirgin bir sapmaya uğrayacaktır. Bu sapmanın temel olarak iki sebebi vardır. İlk sebebi Dünya'nın doğuya doğru dönüş hareketi gerçekleştirmesidir. İkinci sebebi ise Dünya üzerindeki bir noktanın teğetsel hızının enlemin bir fonksiyonu olmasıdır. Hız tam kutup noktasında sıfırdır ve Ekvator'da maksimum değere ulaşır. Bu nedenle Ekvator üzerindeki bir noktadan kuzeye doğru bir füze ateşlenirse veya bir uçak hareket ederse normal şartlarda doğrusal olarak varması gereken kuzey yolunun doğusuna ulaşmış olacaktır. Bu sapma, hareket halinde olan bir uçağın Ekvator'da doğuya doğru daha kuzeyde yer alan hedefinden daha hızlı hareket etmesi nedeniyle xx ortaya çıkacaktır. Benzer şekilde bir uçak Kuzey Kutbu'ndan Ekvator'a doğru yola çıkarsa uçak doğrusal olarak varması gereken konumun sağına inecektir. Bu durumda uçağın varması gereken hedef bölge, doğuya doğru daha büyük hızı nedeniyle uçak kendisine ulaşamadan daha doğuda bir noktaya hareket etmiş olacaktır. Ayrıca bir nesnenin Coriolis etkisi nedeniyle oluşan sapma yönü, nesnenin Dünya üzerindeki konumuna bağlıdır. Diğer bir ifadeyle hareket halindeki bir nesne Coriolis etkisi sebebiyle Kuzey Yarım Küre'de sağa, Güney Yarım Küre'de sola doğru sapar. Coriolis etkisinin coğrafya açısından en önemli etkilerinden bazıları, okyanustaki rüzgâr ve akıntıların yön değiştirmesi ile hava hareketleridir. Hava, Dünya'nın yüzeyinden yükseldikçe yüzey üzerinde sahip olduğu hız artar. Çünkü hava kütlesi Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça yeryüzü şekillerinin etkisinden kurtularak daha az sürtünme kaybına maruz kalmaktadır. Coriolis etkisi bir nesnenin artan hızıyla birlikte arttığından hava akışlarını önemli ölçüde saptırır. Coriolis etkisi nedeniyle Kuzey Yarım Küre'de rüzgarlar sağa, Güney Yarım Küre'de sola doğru dönme hareketi gerçekleştirir. Bu durum genellikle Subtropikal bölgelerden kutuplara doğru hareket eden batı rüzgarlarını yaratmaktadır. Akıntılar, okyanusun suları boyunca rüzgârın hareketi tarafından yönlendirildiğinden Coriolis etkisi okyanus akıntılarının hareketini de etkiler. Okyanusta meydana gelen en büyük akıntıların çoğu girdap adı verilen sıcak ve yüksek basınçlı alanların çevresinde dolaşır. Coriolis etkisi bu girdaplarda sarmal bir desen oluşturur. Doğal olaylar ve dolayısıyla yaşamımız üzerinde doğrudan etkisi olan bu kuvvet, tüm bahsedilen etkileri sebebiyle akademik sahalarda detaylıca incelenmiştir. Geçmişte yapılan bilimsel çalışmaların sonucunda bu etki veya diğer bir ifadeyle bu kuvvetten faydalanan tasarım prensipleri sayesinde Coriolis tipi debimetreler akış proseslerinde yoğunluğu sabit veya değişken olan akışkanların kütlesel debilerinin ölçümünde kullanılmaktadır. Birçok çeşidi bulunan Coriolis tip kütlesel debimetrelerin genel çalışma prensibi şu şekildedir; debimetrede bulunan ölçüm borusu bir sürücü veya titreştirici yardımıyla düzenli olarak titreştirilir. Giriş ve çıkış konumlarına yerleştirilen çok hassas sensörler sayesinde algılanan bu titreşim, borunun giriş ve çıkışında akış olmadığı durumda aynı yönde gerçekleşmektedir. Akışkan hareketi başladığında ölçüm tüpü üzerinde hali hazırda mevcut olan titreşim hareketine ek olarak sistemden geçen sıvının eylemsizliği nedeniyle ek bir bükülme hareketi ortaya çıkmaktadır. Coriolis etkisinin neden olduğu kuvvet sebebiyle ölçüm tüpünün giriş ve çıkış kısımları aynı anda ancak farklı yönlerde titreşim hareketi oluşmaktadır. Giriş ve çıkış konumuna yerleştirilen yüksek hassasiyete sahip sensörler, ölçüm tüpünün titreşiminde meydana gelen bu değişimi zaman ve mesafe olarak tespit eder. Aynı zamanda faz kayması olarak isimlendirilen bu durum birim zamanda ölçüm tüpünden ne kadar akışkanın geçtiğinin bir ölçüsüdür. Akış hızı, diğer bir ifadeyle debimetreden geçen akışkanın miktarı arttıkça ölçüm tüpünde meydana gelen titreşim de artmaktadır. Coriolis kütlesel debimetrelerin başka bir özelliği olan geçen akışkanın yoğunluğunun ayrı bir veri olarak elde edilmesi, giriş ve çıkışa yerleştirilen sensörlerin ölçüm tüpünün bir saniyede kaç kere ileri geri hareketi gerçekleştirdiğini, yani titreşim frekansını tespit etmeleri ile mümkün olmaktadır. Örnek olarak, yoğunluğu daha düşük olan bir akışkan Coriolis kütlesel debimetreden geçtiğinde meydana gelen titreşim, yoğunluğu daha yüksek olan bir akışkanın geçtiği duruma kıyasla daha fazla olacaktır. Tez çalışmasında, yapılacak deney doğrulama çalışması ve tasarımın iyileştirilmesi çalışmaları için literatür araştırması yapılmıştır. Bu doğrultuda Coriolis kütlesel debimetreler üzerinde yapılan akademik çalışmalar incelenmiştir. HAD analizlerinde kullanılacak türbülans modeli için araştırmalar yapılmış ve k-ω SST modelinin kullanılması kararlaştırılmıştır. Coriolis kütlesel debimetrenin HAD çalışmalarının en yüksek doğrulukta sonuçlar vermesi için katı sıvı etkileşimi (Fluid Structure Interaction) modelinin kullanılması gerektiği belirlenmiş ancak tasarım ve iyileştirme çalışmalarında kullanılacak geometrik modelin boyutları göz önünde bulundurularak titreşimin etkisi ihmal edilerek çalışmalar yürütülmüştür. Tez kapsamında, tasarımı gerçekleştirilen debimetrenin HAD çalışmaları yapılmıştır. Ürün modelinden akış hacmi elde edilmiş ve elde edilen hacim üzerinde sayısal çözüm ağı oluşturulmuştur. Sayısal çözüm ağının bağımsızlık çalışmaları yapılmış ve en uygun sayısal çözüm ağı belirlenmiştir. Sınır koşulu olarak belirlenen farklı debi değerleri için yapılan HAD analizleri sonucunda basınç kayıpları elde edilmiştir. Üretimi yapılan prototip Coriolis kütlesel debimetre üzerinde debimetrenin gerçekte meydana getirdiği basınç kaybının tespiti için laboratuvar ortamında kurulan deney düzeneğinde tasarımın basınç kayıpları farklı debi değerleri için ölçülmüştür. Yapılan deney sonucunda HAD analizleri elde edilen tasarımın doğrulama çalışması gerçekleştirilmiştir. Doğrulama çalışmasının devamında HAD analizleri ile debimetrenin ölçüm borusu üzerinde iyileştirme çalışması yapılmıştır. İyileştirme çalışmasında amaçlanan, ölçüm borusunun sistemde mümkün olan en düşük basınç kaybına neden olacak tasarıma sahip olmasıdır. Bu doğrultuda, basınç kaybını etkileyen akış ayırıcının açısı, ölçüm borusunun üst dirsek ve alt dirseklerin eğrilik yarıçapları şeklinde üç tasarım kriteri belirlenmiştir. Taguchi metodu kullanılarak bu tasarım kriterlerinin dört kademe değiştirilmesi ile on altı farklı tasarım elde edilmiştir. Bu tasarımların sayısal çözüm ağları oluşturulmuş ve belirlenen bir kütlesel debi değerinde HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışma sonucunda basınç kaybında düşüşün elde edildiği tasarımlar belirlenmiştir. Taguchi metodu kullanılarak yapılan çalışmanın sonucunda basınç kaybında %6,3 düşüş elde edilmiştir. Yapılan iyileştirme çalışmaları sonucunda debimetrenin giriş bölgesinde meydana gelen akış ayrılmaları ortadan kaldırılmış ve basınç kaybında düşüş elde edilmiştir. Yapılan optimizasyon çalışmasında basınç kaybında en büyük etkiye sahip tasarım kriterinin akış ayrıcının açısı olduğu ve bunu ölçüm borusunun üst dirsek eğrilik yarıçapının izlediği belirlenmiştir. Yapılan analizler ile akış ayırıcının açısının azaltılmasının ve ölçüm borusu dirsek eğrilik yarıçapının arttırılmasının debimetrede ortaya çıkan basınç kaybının azalmasını sağladığı ortaya konmuş ve bunlar Taguchi sinyal gürültü analizi ile doğrulanmıştır. Son olarak tek bir ölçüm borusu üzerinde katı sıvı etkileşimi modeli kullanılarak analizler geçekleştirilmiştir. Titreşimi sağlayacak uygun frekans için titreşim analizi yapılmıştır. Akışın geçmediği durumda boru titreştirilerek yapılan yapısal analizde ölçüm borusunun her iki tarafında belirlenen simetrik noktalardaki faz farkı sonuçları elde edilmiştir. Daha sonra akışın geçtiği durum için yapılan analizlerde bu noktalar arasında oluşan faz farkı ortaya konmuştur. Ayrıca FSI modelinin kullanılmadığı durum ile basınç kaybı sonuçları karşılaştırılmış ve basınç kaybının tespitinde yöntemin doğruluk açısından büyük bir etkisinin olmadığı gözlenmiştir.
Numerical investigation of double layer microchannel heatsinks and performance assessment based on Taguchi method

(Graduate School, 2022-06-14) Demirsöz, Mustafa ; Çadırcı, Sertaç ; İliş Gediz, Gamze ; 503191117 ; Heat-Fluid

In this study, the performance of double-layer microchannel heat sinks was investigated by Computational Fluid Dynamics Analysis using the Taguchi Experimental Design Method. Selected parameters are Reynolds number, microchannel material, width of upper and lower channels, distance between these channels and heat flux. The effect of these parameters on the on-chip thermal resistance, the total thermal resistance and the pumping power requirement were investigated. The influence of the selected factors was investigated based on the average of the signal-to-noise (SN) ratios and the response table for the signal-to-noise ratios. Except for the total thermal resistance in the counterflow configuration, the Re number was found to be the most important factor for all other cases. Copper gives the best results due to its thermal dissipation characteristic. For the counterflow configuration, the effect of the heat flux on the thermal resistances is negligible except for the total thermal resistance. The effect of the width of the lower channel on the thermal resistances is more dominant than the upper channel. The lower and upper channel widths are equally important in terms of the required pumping power. There is an inverse relationship between channel width and required pumping power. The distance between the lower and upper channels is insignificant in terms of the required pumping power. If this distance is lower in a parallel flow configuration, on-chip thermal resistance is minimal. On the other hand, the total thermal resistance increases with this distance. As the channel widths increase, the average velocity in the channel decreases, so an increase in thermal resistance is observed.
Nanoakışkanların termofiziksel ve reolojik özelliklerinin yapay sinir ağları ile tahmin edilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-15) Erdem, Kasım ; Subaşı, Abdussamet ; 503191112 ; Isı Akışkan

Bu tez kapsamında, Yapay Sinir Ağları (YSA) tabanlı bir tahminleyici geliştirilmesi ve bu tahminleyicinin literatürde yaygın olarak kullanılan korelasyonların yerine kullanılabilme potansiyelinin olabildiğince birbirinden farklı tipteki nanoakışkanlar ele alınarak araştırılması hedeflenmiştir. Kapsamlı literatür taraması sonucunda; nanoakışkanların ve hibrit nanoakışkanların yoğunluk ve özgül ısı değerlerini yapay sinir ağı modelleri ile tahmin etmeye yönelik oldukça az sayıda çalışma olduğu, yapay sinir ağlarının performansını etkileyen ağ yapısı ve hiper-parametrelerin genellikle deneme-yanılma yoluyla belirlendiği, aşırı öğrenmeye karşı önlem alınmadığı, çalışmalarda yapay sinir ağlarını eğitmede görece az sayıda veri kullanıldığı, yapay sinir ağlarının eğitilmesinde kullanılan verilerin genellikle normalize edilmediği, birden fazla özelliğin belirlenmesini ele alan çalışmalarda her bir özellik için ayrı bir ağın eğitildiği, yapay sinir ağlarının eğitilmesinde kullanılan verilerin elde edilmesinde birbirinden oldukça farklı aralıklarda yapılan çalışmaların bir arada kullanıldığı ve çalışmalarda genellikle su bazlı Al2O3 ve CuO gibi yaygın kullanılan nanoakışkanların ele alındığı tespit edilmiştir.
4x4 askeri araçlar için bütünleşik klima tasarımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-16) Zengin, Barbaros Bahadır ; Böke, Yakup Erhan ; 503181102 ; Isı-Akışkan

Bu tez çalışmasında, 4x4 tekerlekli MRAP sınıfı araçlar için klima sistemi tasarımı konusu ele alınmıştır. Bu tip askeri araçlarda, mürettebatın zamanının önemli bir kısmını araç içerisinde geçirdiğinden, araç içi termal konfor şartlarının, mürettebatın hareket kabiliyeti ve araç içi ekipmanların üzerinde önemli etkisi olduğundan dolayı, iklimlendirme sistemi, askeri araçlardaki önemli sistemlerden biri olarak öne çıkmıştır. Bununla birlikte, klima sisteminin oluşturduğu hacmin, hem mürettebat hareket alanı hem de diğer ekipmanların konumlandırılması açısından önem arz ettiği belirtilmiştir. Otomotiv klima sistemlerinin genellikle, ısıtma ve soğutma sistemi olarak iki ayrı sistemden oluştuğuna değinilmiştir. Bu iki sistemin aracın içersinde önemli bir hacim işgal ettiği anlaşılmıştır. 4x4 askeri araç içerisinde soğutma ve ısıtma sistemini, iki ayrı sistem olarak kullanmak yerine bütünleşik tek bir sistem olarak kullanmanın önemli bir hacim kazanımı sağlayacağı belirtilmiştir.
Numerical investigation on hub effects of hubless-rim driven propeller

(Graduate School, 2022-12-16) Aşçı, Ali Burak ; Çadırcı, Sertaç ; 503191132 ; Heat and Fluid

Since the beginning of humanity, various methods have been developed for the interaction of countries with each other. Therefore, people have developed various methods of transportation in order to strengthen political and economic relations, explore new places and access resources in new places. Maritime transportation is one of these prominent methods to create interactions among countries. Thanks to the developments in the field of maritime transport, humanity has made significant progress in numerous fields. Ships have been a widely used vehicles for transportation and ships are generally driven by the shaft-propeller mechanism. Energy occurred from fuel, nuclear or electrical is transferred to propeller via a transmission mechanism. During this drive movement, undesirable problems such as increased fuel consumption, reduced mechanical efficiency and noise may occur and these problems may cause irreversible damage to the shaft mechanism. Besides the effects of climate change dramatically continue to increase and marine transportation sector is one of the causes to emit more CO2 in the world. Therefore, hubless Rim Driven Propellers (RDP) has been developed and used for various marine vehicles in order to prevent above-mentioned problems. The working principle of RDP can be summarized as an electric motor driving the propeller with the help of the rim. However, since hubless RDP technology is a new field of marine researches, information on how changing the dimensions of the hub affects the hydrodynamic performance of the propeller is scarce. In this master's thesis, analyzes were made for hubless RDP design with five different hub ratios (0.05, 0.1, 0.15, 0.167, 0.25) by means of various dimensionless parameters to monitor the performance effects of the propeller. Ka4-70 propeller was selected for these five designs. They were solved numerically benefiting from Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes equations (URANS) and Shear Stress Transform (SST) k-ω turbulence transport equations. Numerical operations were handled on the finite volume method solver Simcenter STAR-CCM+ solver, using the Rigid Body Motion (RBM) approach. The Computational Fluid Dynamics (CFD) results have been conducted in terms of non-dimensional parameters such as thrust coefficient (KT), torque coefficient (KQ), and efficiency (η) ranging from 0.1 to 0.6 advance ratio (J) for 600 rpm. It was monitored that KT, KQ, and η increased as the hub ratio increased under a certain rotation speed until the hub ratio =0.167. Due to no experimental data for hubless RDP, validation studies were able to conduct with hub type propeller. Accordingly, an ideal propeller configuration can be determined by comparing numerical results and experimental data.
Heat transfer and flow analysis in a spiral channel filled with steel balls

(Graduate School, 2023-02-02) Amirfaridi, Ali ; Özdemir, Mustafa ; 503191103 ; Thermo Fluids

Flow through a porous medium, still fascinates the curious minds of researchers with many unknown properties, and characteristics ready to be discovered. Hydrodynamical effects within the flow, and corresponding heat transfer outcomes, all create impacts that assist the enhancement in the thermal properties of the porous system. In this study, a flow in a spiral channel filled with AISI 1010 steel balls is studied based on the experimental results of Gokaslan et al. (2022), under different flow rates, considering a constant wall heat flux boundary condition through side walls of the channel. The study aimed to create analytical solutions and a simulation using COMSOL Multiphysics software to study thermal dispersion values using results obtained from experimental data and analytical solutions. While processing the analytical solutions, due to the complex geometry of the experimental system (Arithmetic spiral), some assumptions have been made to simplify and obtain analytical solutions for the system. Therefore, both momentum and energy equations for the system are solved using cylindrical coordinates due to the low curvature ratio, considering an incompressible, steady-state fully developed flow. Finally, as a contribution to literature, to make analytical solutions independent of values derived from experimental results and overcome this constraint, these values were used as boundary conditions to obtain a valid solution, a correlation-based equation for temperature distribution along the channel, according to fluid properties such as viscosity, thermal conductivity, and inlet flow rate, besides channel and system properties of applied heat flux, utilized steel balls diameter and channel width, was obtained. Both analytical solutions and the correlation-based equations show good agreement with experimental results, and their error for temperature distribution values has been at a maximum value of %6.1 which can be considered accurate. Furthermore, the coefficients used in the correlation-based equation have only an error value of %5.35 considering the same coefficients derived from experimental results.
Investigation of air ionization and air plasma formation using the magnetoplasma technology

(Graduate School, 2023-06-19) Eren, Musa ; Sayar, Ersin ; 503201115 ; Heat Fluid

This thesis investigates the usage of plasma technology in the energy sector and other fields and evaluates the potential applications of plasma-based electric propulsion systems. The study aims to increase the reader's knowledge of plasma by focusing on the history, definition and classification of plasma, and the basic plasma parameters. Additionally, the feasibility of this technology in different sectors is determined by discussing plasma production methods and areas of usage. Electric propulsion systems and the applications of plasma technology in this field are examined by addressing fundamental electric propulsion concepts and performance parameters. An experimental setup was designed and built to investigate plasma formation and its effects. When constructing the experimental setup, the first step involved the generation of ignition ions in the air to sensitize them to electromagnetic waves, as stable air is difficult for stable air to be affected by electromagnetic waves. High electrical voltage was applied to ionize the air without the need for any fuel. A flyback transformer was utilized to produce the high voltage required for the DC discharge, and a frequency circuit was designed to drive the transformer effectively. To regulate the high voltage output of the transformer, a dedicated high-voltage circuit was designed and connected to the ionization electrodes. The initial plasma formation occurred through a DC discharge between the ionization electrodes. By enhancing the energy of the ignition plasma using electromagnetic waves, a plasma jet with a gas temperature exceeding 1600 °C was achieved. The electric and magnetic fields played a significant role in increasing the energy of the ions within the initial plasma, facilitating the ionization of the surrounding particles. Consequently, the number of particles forming the plasma, including "semi-neutral charged" and neutral particles, increased, resulting in ionization of the air surrounding the DC discharge. Subsequently, the gas temperature and entropy increased, as the cumulative movement of these ions and the energy provided by electromagnetic waves. Moreover, the given electromagnetic energy contributed to an increase in the ionization degree and density of the plasma. This method enabled the creation of a stable plasma jet. The parameters evaluated and measured to assess the plasma formed by the experimental study included length, temperature, power, and efficiency. Additionally, the flow rate and magnetron anode input voltage were taken into consideration. The electromagnetic wave power was adjusted at various levels using the power source at the magnetron input. The experimental setup solely utilized air and electricity as fuel to generate the plasma. The efficiency, temperature, size, and power of the plasma were thoroughly examined. Within the scope of this study, a specialized waveguide was designed and manufactured in industrial facilities to ensure the effective transmission of electromagnetic waves. The quartz glass tube was selected as the preferred material due to its transparency, high-temperature resistance, and permeability to electromagnetic waves. An application utilizing OOP (Object-Oriented Programming) and an n-tier architecture was systematically designed to process the data collected from the completed experiments. This application was instrumental in saving the experimental data obtained using Entity Framework technology to the Microsoft SQL Server Database and this application performs the necessary engineering calculations. Furthermore, the data were employed to generate informative graphs, facilitating a comprehensive interpretation of the results. The obtained results contributed to revealing potential applications that are related to the usage of plasma technology in the energy sector and other fields. The study emphasizes the importance of research on the usage of plasma technology in the energy sector and more sustainable, environmentally friendly energy systems by providing recommendations for future research.
Improving the aerodynamic characteristics of the gap between the cabin and trailer of heavy-duty commercial vehicles

(Graduate School, 2023-09-14) Çil, Utku ; Çadırcı, Sertaç ; 503201121 ; Heat Fluid

Gözat

Çıkarma tarihi ile LEE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı- Yüksek Lisans'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri