Tezler

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/3

Gözat

A novel artificial intelligence based energy management system for microgrids

(Graduate School, 2023-06-19) Aksoy, Necati ; Genç, V. M. İstemihan ; 504182007 ; Electrical Engineering

In many countries, including our own, large amounts of electrical power are generated where the energy source is located, while it is consumed in areas with large industries and populations. This distance between energy generation and consumption leads to the transmission of energy, which results in the waste of energy as heat and increases energy costs. Microgrids have emerged as a solution to energy use by applying the principle of energy generation and consumption at the same place. Microgrids are small-scale electrical grids that can use distributed energy resources in conjunction with conventional grids. They can combine solar panels or plants, wind turbines, energy storage systems, generators, and the utility grid. This reduces energy loss during transmission, improves energy efficiency, and allows energy to be used efficiently. In addition, microgrids that operate in small settlements such as university campuses, military facilities, towns, or neighborhoods can work in "island mode" without a connection to the utility grid when needed. Many microgrids are currently operated using classical control methods and operate in certain size that has only been determined using optimization methods. This limits the efficiency that can be achieved during the operation of the microgrid and makes it difficult to follow new trends in energy storage technologies. The crux and significance of this thesis revolves around the notion that contemporary energy storage technologies can be utilized efficiently within the system, and that the existing artificial intelligence technology can serve as the foundation of the microgrid energy management system. The energy management system designed in this structure reduces energy waste, lowers costs, improves efficiency, and improves grid stability, while also producing effective solutions for energy demand by controlling the use of various sources together. Moreover, this energy management system contributes to reducing carbon emissions while allowing for the easy adaptation of new technologies. In light of all these advantages, this thesis presents an artificial intelligence-based energy management system design for microgrids. To further explain the concept of artificial intelligence, it encompasses machine learning algorithms as a subset, while machine learning includes deep learning algorithms and concepts. In this thesis, microgrid applications of various sizes and properties are examined, and a microgrid simulation model was created at commonly used sizes. This simulation model assumed a microgrid applied to a university campus, with a solar power plant and wind turbines serving as renewable energy sources. The energy management system being designed predicts the power that these sources will generate, using the up-to-date prediction algorithms within artificial intelligence. When designing, the focus is initially on predicting the power that solar and wind turbines will generate, using five years of meteorological data collected at five-minute intervals. The meteorological dataset, consisting of nine different data types, has undergone a series of data pre-processing. Missing data is filled in accordance with the characteristics of the dataset, and outliers are removed. The characteristics of this dataset were analyzed with different graphs and their suitability for training was examined. The labeled data consisting of the generation values at the same region and at the same time/minute intervals were added to the meteorological data set that was deemed suitable for training. Seven prediction models were developed using four prevalent machine learning methods and three novel algorithms based on the gradient boosting machine to predict the power generated by the solar power plant. These prediction models were trained separately using the training dataset made suitable for training. The results obtained from these seven prediction models were presented in both graphical and tabular formats. In addition to comparing which algorithm gave how successful results for this study, the computation costs were also compared. The designed energy management system must also predict the power generated from wind turbines. In this regard, prediction models were created using three different machine learning algorithms, and the results were obtained. These prediction models were compared using various performance metrics. This study conducted within this thesis, which achieved successful results, offers new approaches and unique results to the literature on the prediction of the power generation of renewable energy sources. An artificial intelligence-based energy management system should provide not only energy efficiency but also low energy costs and profitability for the user. The widespread use of dynamic electricity pricing should also be considered, which is determined based on the relationship between countrywide generation and consumption level. In this thesis, it is assumed that the microgrid simulation model developed is located in a country where dynamic pricing is applied. A five-year dataset was created from actual dynamic pricing data obtained from open-source platforms and analyzed. The dataset was examined, preprocessed, and made ready for the training of prediction models. Four deep learning algorithms with memory cell structures were selected for this study. Using these algorithms and the training dataset, price prediction models were developed, and the results were obtained. The learning performances, error values, and accuracies of the models were presented comparatively. These innovative prediction models were integrated into the designed energy management system. Knowing the power demand from a microgrid makes operational decisions more appropriate and robust. The load demand at which time of the day is an important parameter. Knowing the load demand in advance affects decisions regarding resource utilization. Considering this fact, the energy management system designed should also be able to predict load demand. To this end, load demand prediction models were developed using four deep learning methods with memory cell structures similar to price prediction. Actual load values obtained from open sources were scaled according to the simulation model of the microgrid created. Deep learning models were trained using the five-year load dataset, and the results were obtained. The results were presented comparatively using many performance metrics. As a result of this study, successful prediction models were developed and integrated into the designed energy management system. An artificial intelligence-based energy management system uses many prediction models described above. The theoretical and mathematical foundations of all machine learning and deep learning methods used are provided in the second chapter of this thesis. The energy management system described requires an additional controller to manage the microgrid in addition to human management. In this context, this thesis proposes another artificial intelligence-based controller. Data-driven control methods that have replaced classical control methods are popular topics nowadays. This thesis focuses on machine learning-based control methods of this type. In this context, reinforcement learning, which is one of the three main branches of machine learning, is investigated and its foundations are given. Reinforcement learning is the general name for methods based on the principle of controlling the system without the need for a mathematical model of the system. It is possible to separate this concept into methods based on table creation and methods using deep neural networks. In this thesis, controller agents using both types of methods are created. The agent, which will learn to control the system in reinforcement learning, needs to optimize itself. This optimization process is done through trial and error. For the agent to be able to take the best version through these trials, the system it will control, which is a microgrid environment model in this thesis, must have specific characteristics. Five different control agents were designed specifically for the energy management system, three of which were temporal-difference-based and two were deep reinforcement learning-based. Three environment models designed specifically for the microgrid are proposed in this thesis to enable these agents to train themselves. These environment models with unique reward strategies present a new approach to the literature. These environment models that use renewable energy sources, load demand, and dynamic prices for the training of agents have shown quite successful results in terms of energy management. The trained reinforcement learning agents have learned to manage the microgrid and offer considerable profitability to the user. The energy management system whose design steps are explained in this thesis uses many different artificial intelligence algorithms. These artificial intelligence models created, trained, and successful results achieved have been consolidated under a single graphical interface in this thesis. A unique graphical interface has been designed, and all prediction models and control agents have been integrated into this design. This interface design, which consists of seven pages in total, offers many variables and control actions related to the microgrid to the user. The user can see the powers that will be generated for the future, load demand, and the price. In addition, the user can apply many control actions to the microgrid through this interface. The user, who can also see many real-time parameters, can analyze the performance of prediction models and control agents through relevant pages. In conclusion, this thesis proposes an artificial intelligence-based energy management system that contains many current and innovative algorithms for microgrids and uses them uniquely. Artificial intelligence-based prediction models determine the decisions that an artificial intelligence-based control agent will make. This agent, which learns to select the correct control actions for the microgrid, presents the determined control action to the user through the designed interface. Additionally, the originally designed energy management system interface allows the user to see many parameters related to the microgrid in advance. This thesis proposes an energy management system that contributes to the literature with its original approach and can be used in real-world applications.
Alçak gerilim sistemlerinde ark flaş analizi ve koruma

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-07-27) Damla, Gülşah ; Usta, Ömer ; 504181019 ; Elektrik Mühendisliği

Elektrik, günümüzde en çok ihtiyaç duyulan enerji kaynaklarından biridir. Elektrik üretimi ve tüketimi her geçen gün arttıkça arızaların etkileri daha da yıkıcı hale gelmektedir. Bu nedenle elektrik enerjisinin üretimi kadar verimli, güvenli ve kesintisiz olarak kullanıcılara ulaştırılması da önemlidir. Elektrik güç sistemlerinde elektrik kesintilerine neden olan önemli arızalardan biri ark arızalarıdır. Ark, hava ve gaz gibi yalıtım malzemelerinde iki elektrot arasında meydana gelen elektrik boşalması olarak tanımlanabilir. Elektrik güç sistemlerinde, ark arızalarında çeşitli sebeplerle meydana gelen kısa devreler ile kontrolsüz enerji, ısı, basınç ve ışık ortaya çıkmaktadır. Ark arızalarında ortaya çıkan enerji, basınç ve ısı etkileri, anahtarlama donanımlarında hasara sebep olmakla birlikte can kayıplarına ve ekonomik zararlara sebep olabilmektedir. Bu tezde yer verilen hesaplama yöntemleri, denklemler IEEE 1584:2018 standardından alınmıştır. Standartta sabit laboratuvar koşullarında ölçülen test sonuçlarına göre ampirik denklemler elde edilmiştir. Bu nedenle hesaplama sonuçları, gerçek bir ark patlamasına maruz kalmanın verdiği tehlikeden daha şiddetli veya daha az şiddetli olabilir. Kişisel koruyucu donanım (KKD) kategorisi ve seçimi için NFPA 70E:2021 standardı kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında Trimble ProDesign ve Caneco BT yazılımları kullanılarak kısa devre analizi ve koruma konsepti çalışması için tesis ve ekipmanla ilgili elektriksel verileri içeren örnek bir veri merkezi alçak gerilim dağıtım sisteminin modeli oluşturulmuştur. IEEE 1584:2018 standardına göre ark flaş hesaplaması, Caneco BT yazılımının 'Arc flash risk' modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hesap çıktısı olarak VCB, VCBB ve HCB konfigürasyonları için ayrı ayrı ark olay enerjisi, KKD giyilmesi için gereken mesafeyi belirleyen ark flaş sınır mesafesi ve KKD kategori değeri elde edilmiştir. Her pano için en kötü senaryoya göre uyarı ve bilgilendirme etiketi oluşturulması hedeflenmiştir. Ark olay enerjisini azaltmaya yönelik çalışmalar doğrultusunda ark flaş hesaplamaları tekrarlanarak normal işletme durumu ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Ark olay enerjisini azaltmaya yönelik çalışmalar içerisinden akım sınırlayıcı reaktör ETAP programında modellenmiştir. Son olarak hesap çıktısı olarak elde edilen uyarı ve bilgilendirme etiketi, örnek bir pano için gösterilmiştir. Ark olay enerjisi hesaplamalarında örnek alçak gerilim sisteminin koruma ve seçicilik çalışmasından elde edilen birincil (primary) koruma ayarlarına göre uyarı ve bilgilendirme etiketi oluşturulması amaçlanmıştır. Birincil koruma arızası durumunda, yedek (back-up) koruma arızayı giderir, ancak bu daha fazla zaman ve daha yüksek olay enerjisi açığa çıkarmıştır. NPFA 70E, sistemin birincil koruma sistemindeki arızaya karşı değerlendirilmesini gerektirmez. IEEE 1584 standardına göre ark flaş analizi çalışmasında sadece üç faz arızaları ve bara tarafı dikkate alınmıştır.
An agent-based energy management approach for V2X-capable charger clusters

(Graduate School, 2023-01-05) Akyün, Gülen ; Yılmaz, Murat ; 504191071 ; Electrical Engineering

To deal with the intermittency problem of renewable-based distributed generation, flexible energy assets such as electrical batteries are widely considered. In line with the localization trend in the energy sector, electric mobility is becoming mainstream. The additional load demand that comes with the penetration of EVs will raise the need for additional electricity generation. In particular, aggregated charging load of electric vehicles cause overload in the distribution network. With the management of EV charging, overload can be avoided and grid reliability can be ensured. At this point, smart grid applications promise to help make the addition of electric vehicles to the grid more sustainable with concepts such as V2X (vehicle to everything). On the other hand, as the plug-in EV fleet grows, an effective energy management system is needed to avoid adverse effects such as voltage fluctuations and increased electricity losses. By combining several flexible energy assets, a bidirectional EV charger cluster can have a local balancing capacity and therefore be operated without demanding energy from the grid for a specified period of time. The aim of this thesis is to manage EV charging in clustered systems and to obtain energy neutral charger clusters by increasing the local balancing capabilities of clusters and to efficiently use V2X functions with the proposed energy management algorithm. With this thesis, it is also aimed to reduce the peak-to-average ratio and to provide a balanced and efficient load profile. To achieve the objectives, an agent-based energy management concept has been proposed. In the proposed concept, each bidirectional charging unit with a connected EV at the charging station is represented by an agent. This approach provides a decentralized structure and swarm control in line with the agents' local targets. In this algorithm all power producers and consumers are represented as agents. First, the agents calculate their operation range and current power demand or production, i.e. their flexibility. Energy consumers and producers then interact and negotiate with each other, thus providing self-consumption by meeting each power consumption with an equivalent power generation. This allows flexible power transfer between EVs with a collaborative perspective on the charging system. In this way, the peak-to-average ratio decreases and self-consumption increases. In the study, the negotiation and decision-making processes of the agencies are discussed in detail. Simulation studies performed on the proposed concept for local balancing show that this application has the potential to provide effective and sustainable solutions for energy management.
Ana makina ve jeneratör güç hesabı ile uygun tedarikçi seçiminde AHP uygulaması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-13) Acar, Mehmet ; Arslanoğlu, Yasin ; 512181021 ; Deniz Ulaştırma Mühendisliği

Gemiler kendilerine tahsis edilen görev ve fonksiyonları her türlü hava ve deniz şartlarında kesintisiz olarak ve güvenle yerine getirirken yakıt tüketimi yapan donatım ekipmanları ana makina, jeneratör ve kazandan oluşmaktadır. Geminin ihtiyacı olan; sevk gücü ana makinadan, elektrik enerjisi gücü jeneratörden ve ısı enerjisi gücü kazan tarafından sağlanır. Bu üç donatım ekipmanı tasarım aşamasında geminin ihtiyaçları doğrultusunda minimum özelliklerde ağırlık, hacim, güç, maliyet ve maksimum özelliklerde güvenilir, geniş servis ağına sahip ve yedek parça bulma kolaylığı sağlayan tedarikçi firmalar ve operasyonel kullanım kolaylığı (ses yalıtımı, tepkime süresi, kullanım kolaylığı, titreşim, gürültü vb.) kriterleri çerçevesinde seçilir. Ayrıca, yakıt tüketiminin geminin en önemli işletme maliyeti olması ve yakıt tüketiminden kaynaklanan ve hava kirliliğine neden olan emisyonların uluslararası kurallar gereği minimum seviyede olmasının istenmesinden dolayı bu üç donatım ekipmanının minimum yakıt tüketimi yapması istenir. Geminin sevki için gerekli gücü sağlayan ana makina seçiminin en önemli teknik kriteri ana makina gücünü belirlemek için gemi direncinin (R) hesaplanması gerekir. Model deneyleri, ticari bilgisayar programları, deneylerden elde edilen standart seriler ve istatistiksel analizler gemi direncinin belirlenmesinde kullanılan başlıca yöntemlerdir. Günümüzde, ticari bilgisayar programları ile tasarlanan nihai tekne formunun hesaplanan direnç değerleri ile bu tekne formundan yola çıkarak yapılan model deneyleri sonucunda hesaplanan direnç değerleri karşılaştırılarak sonuçların güvenilir ve tutarlı olması kontrol edilmektedir. Gemi direnci belirlendikten sonra efektif güç (PE) hesaplanır. Daha sonra, pervaneye verilmesi gereken güç (PD) ve minimum ana makina gücü (Pbmin) hesaplanır. Minimum ana makina gücüne belirli bir deniz veya servis payı eklenerek ana makinanın devamlı maksimum gücünde (MCR) gerekli olan minimum ana makina gücü hesaplanır. Geminin hareketi için itme kuvveti pervane, su jeti gibi sevk ekipmanları ile sağlanır. En yaygın sevk sistemi ekipmanı olarak kullanılan pervane; ana makina gücü, ana makina devri, gemi boyu, gemi kıç formu ve gemi hızı ile uyumlu olmalıdır. Pervane tasarımı sistematik serilere ait test sonuçları ile elde edilen diyagramlar kullanılarak veya sirkülasyon teorisine dayanan matematiksel yöntemler ile yapılır. Pervane tasarımı yapıldıktan sonra kavitasyon kontrolü yapılır. Geminin tüm operasyon durumları için gerekli olan elektrik enerjisi gemi yardımcı makinalarından bir tanesi olan jeneratörler tarafından sağlanmaktadır. Jeneratör seçiminin en önemli teknik kriteri jeneratör gücü elektrik yük analizi hesabı ile belirlenir. Tedarikçi seçimi kendi aralarında çelişen nitel, nicel değerler alan birçok kriterin dengelenmesini gerektiren çok kriterli bir karar problemidir. Karar verme problemlerinde kullanılan yöntemlerden bir tanesi çok kriterli karar verme (ÇKKV) yöntemidir. ÇKKV yöntemi birçok kriter, alt kriter ve alternatif arasından seçim yapılma aşamasını ve bu aşama sonunda en iyi alternatifi seçmeyi hedefleyen yöntemdir. Analitik hiyerarşi prosesi (AHP), bir amaca ulaşmak için belirlenen kriterleri değerlendirilmek üzere bir hiyerarşik yapıda modelleyen ve bu kriterleri birbirlerine göre göreceli önemini değerlendiren, her kriter için alternatifleri karşılaştıran ve alternatifleri önem derecelerine göre sıralayarak en uygun alternatifi belirleyen ÇKKV yöntemidir. Bu çalışmanın uygulama bölümünde, görev/devriye gemisi olarak İstanbul Boğazı ile Çanakkale Boğazı'nda denetim hizmeti yapan bir motorbot kullanılmıştır. İlk olarak, ektrapolasyon tekniklerinden biri olan Uluslararası Model Deney Tankları Konferansı (ITTC) 1978 yöntemini kullanarak model deneyleri yöntemi ile motorbotun direnci hesaplanmıştır. Daha sonra, motorbotun servis hızında; benzer gemilerden yararlanarak, Harvald isimli ampirik formül ile, model deneyleri ile ve Maxsurf isimli ticari bilgisayar programı ile efektif beygir güç hesabı yapılarak sonuçlar model deneyleri ile bulunan efektif beygir gücüne göre değerlendirilmiştir. Motorbotun hız aralığında takıntılı olarak yapılan model deneylerinde hesaplanan direnç değerleri ile sevk deneyleri yapılarak pervaneye verilmesi gereken güç ve minimum ana makina gücü hesaplanmıştır. Pervane ana karakteristikleri Wageningen B serisi pervane diyagramları kullanılarak belirlenmiş ve pervane kavitasyon kontrolü yapılmıştır. Seyir, manevra ve liman operasyon durumları için elektrik yük analizi yapılarak jeneratör gücü hesaplanmıştır. Motorbotta kullanılacak optimum ana makina ve optimum jeneratörü belirlemek için ÇKKV yöntemlerinden AHP uygulanmıştır. İlk olarak, problem, amaç, kriterler, alt kriterler ve alternatifler belirlenmiştir. Çalışmanın problemi motorbot ana makina ve jeneratör seçimi, amaç ise en uygun ana makinanın ve jeneratörün seçilmesidir. Kriterler ve alt kriterler yapılan literatür taraması, ve gemi inşa sektöründeki tecrübeli mühendisler yardımı ile, alternatifler ise kriterler ve alt kriterler doğrultusunda piyasa araştırması ile belirlenmiştir. Optimum ana makina seçimi için 4 ana kriter, 13 alt kriter ve 5 alternatif, optimum jeneratör seçimi için 4 ana kriter, 13 alt kriter ve 7 alternatif belirlenmiştir. Ana makina ve jeneratör için ana kriterler, alt kriterler ve alternatifler belirlendikten sonra hiyerarşik bir yapı oluşturulmuştur. Kriter ve alt kriter verileri markaların (alternatiflerin) internet sitelerinden ve firma yetkilileri ile görüşülerek sağlanmıştır. Kriter, alt kriterler ve alternatiflerin değerlendirilmesi gemi inşa sektöründe tecrübeli mühendisler yardımı ile yapılmıştır. AHP analizi, Microsoft Office programlarından biri olan Excel ile yapılmıştır. Ana kriterlerin ve alt kriterlerin kendi aralarında alternatiflerin ise alt kriterlere göre ikili matrisleri oluşturularak tutarlılık oranları hesaplanmış olup, tüm matrislerin tutarlılık oranlarının 0,10'dan küçük olduğu tespit edilmiştir. Ana kriterin öncelik vektörü, alt kriterin (ilgili kriterin alt kriteri) öncelik vektörü ve alternatifin öncelik vektörü (ilgili alt kritere göre olan öncelik vektörü) çarpılarak alternatifin ana kritere bağlı olan alt kritere göre ağırlıklı değeri hesaplandı. Her bir alternatifin tüm alt kriterlere ait ağırlıklı değerleri toplanarak o alternatifin ağırlıklandırılma değeri hesaplandı. Ticari etik açısından marka ve model belirtilmeden alternatiflerin ağırlıklandırılma değerleri büyükten küçüğe doğru sıralanarak en uygun ana makina alternatifi ve en uygun jeneratör alternatifi belirlenmiştir. AHP analizi ile belirlenen ana makina ile ana karakteristik özellikleri belirlenen pervanenin uyumu kontrol edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında motorbotun kesintisiz olarak 200 deniz mili seyir yapabilmesi için gerekli olan yakıt tankı kapasitesi hesaplanmıştır.
Application of different strategies to improve aerobic granular sludge process performance for treatment of municipal wastewater

(Graduate School, 2022-09-29) Koşar, Şadiye ; Erşahin, Mustafa Evren ; 501162714 ; Environmental Sciences, Engineering and Management

Aerobic granular sludge (AGS) process is an energy-efficient alternative biological wastewater treatment process to the conventional activated sludge (CAS) process which requires high energy and big space. In CAS systems, flocs sized above 0.2 mm are referred as granule. So far flocs and granules could be easily differentiated by size clustering as well as their capabilities of removal for organic matter and nutrients. Surface of the granule has porous morphology, and this allows the substrate penetration and as well as oxygen diffusion into the inner layers of the granule. The diffusion of oxygen is somehow can be a limiting factor for the simultaneous carbon and nutrient removal due to structure of the granule. In many cases, granule has a compact and dense structure that limits the oxygen transfer to the inner core layers of the granule which improves the denitrification and allows better phosphorus (P) removal within the granule. Whereas in some situations, granules have amorphous structure which do not improve any core inside the granule so affects the removal of substrate. Aerobic granules are heavier than flocs formed in waste sludge, so they settle faster, and this improves the settleability of the sludge which further allows to operate in one reactor. For this reason, large sedimentation tanks are not required in AGS systems. Since aerobic, anoxic and anaerobic biological activities take place inside the granule, AGS process offers 25-75% less space and consumes 20-50% less energy compared to conventional activated sludge plants. Nitrification takes place on the surface of the granule during aeration phase and denitrification occurs in the inner layers of the granule under anoxic conditions. P removal is maintained by polyphosphate accumulating organisms (PAOs) that are located in the core part of the granule. PAOs and denitrifiers which are responsible for the denitrification are both heterotrophic organisms and compete for the carbon sources as substrate. For this reason, it is important to have sufficient amount of organic matter for nitrogen (N) and P removal. Since PAOs are located in the inner layer of the granule they are only capable of using organic that are in dissolved form. In municipal wastewater, organic matter is particulate and dissolved forms. Particulate matter reduces N and P removal up to 40% and 46% respectively. Particulate organic matter is turned into dissolved form in the presence of extracellular polymeric substances (EPS) which are hydrolyzing them further. Hydrolysis ends up in anaerobic phase when the attached particulate matter on the surface of the granules hydrolyzed and it is uptaken by PAOs and denitrifiers. If dissolved organic matter cannot be consumed by these species, then it would be consumed by the aerobic heterotrophic bacteria on the surface of the granule which further causes filamentous microorganisms' overgrowth. This leads to amorphous structure and disintegration of the granule. In this thesis, the treatability municipal wastewater by AGS process was investigated under different circumstances. Four separate studies were conducted within the scope of this study. In the first study, two different sludge were comparatively investigated as inoculum: (a) waste activated sludge (WAS) taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant (WWTP), (b) WAS taken from the return activated sludge line of a pilot scale high-rate activated sludge (HRAS) system. This study was conducted in two stages: AGS system was seeded with the WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant in the first stage; in the second stage, AGS system was seeded with the mixture of WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological WWTP and WAS of pilot scale HRAS process as volume in proportion of 1:1. This study was performed to reveal the contribution of microorganisms found in the flocculent sludge to the granulation process. Since HRAS process sludge has high settleability and the mixture of WAS with HRAS process as inoculum was expected to enhance the settling properties of granular sludge as well as achieving good treatment performance. Although at the start-up period sludge wash-out occurred and mainly fluffy waste sludge wasted, HRAS process sludge settles faster, and it remained in the reactor. So, in this case especially denitrifiers were mostly washed out of the system which deteriorated system performance compared to the AGS system operated solely with WAS. At the end of this study, WAS waste sludge was chosen as seed sludge for the further studies to obtain aerobic granulation based upon AGS system treatment performance. In the second study, WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological WWTP was used as seed sludge. Study was conducted in two stages: (a) AGS system was fed directly with the synthetic municipal wastewater, (b) AGS system was fed with the pre-settled synthetic municipal wastewater (30 min of settling) to simulate pre-sedimentation tanks in the full-scale wastewater treatment plants (WWTPs). With pre-settling application, it was proposed that particulate matter would settle so mainly dissolved organic matter could be introduced to the AGS system. Since AGS system is anaerobically fed, this would improve the nutrient removal by allowing the uptake of organic matter easily by PAOs and denitrifiers. It was shown that up to 60% of particulate matter was removed by settling and as a result carbon/nitrogen (C/N) ratio decreased 20% lead deterioration of the AGS system treatment performance. It was apparent that a combination of pre-sedimentation in AGS process didn't improve the system. In the third study, AGS system was operated in three different stages continuously following each other without having different start-up periods: (a) AGS system was fed directly with raw municipal wastewater, (b) AGS system was fed with the pilot scale HRAS system's effluent (treated wastewater), (c) AGS system was fed with the mixture these two flows: raw municipal wastewater (20%) and HRAS process effluent (80%). Waste sludge taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant was used as inoculum. Firstly, aerobic granulation was maintained by introducing municipal wastewater than HRAS process effluent fed to the system and AGS system performance was followed thoroughly. It was shown that the granule stability remained somehow same, but AGS system performance was affected by decreased C/N ratio. AGS system was fed with the mixture the raw municipal wastewater and HRAS process effluent to improve the system performance. As a result, AGS system performance was improved with the increase in C/N ratio (20% increase compared to feeding with only HRAS process effluent). Thus, HRAS process integration with AGS process was found to be energy efficient configuration. Both systems comparably occupy less space than conventional treatment systems and their integration will definitely improve the effluent quality. In the fourth study, digestibility of AGS which was obtained from the third study was compared to the WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant. It is known that AGS process sludge has low digestibility than WAS. Thus, ultrasonication was applied to improve the solubilization of organic matter for increasing sludge digestibility. Since aerobic granules are clusters of microorganisms that are attached together, they are bigger in size and more compact than WAS flocs. Therefore, relying on their physical differences, it was assumed that ultrasonication would enhance digestibility of the AGS. It was shown that ultrasonication as pre-treatment method led to solubilization for both sludge sources in terms of volatile fatty acids (VFAs), protein and carbohydrates besides causing decrease in particle size. A direct relation found between the release of organic compounds, ammonium, phosphorus and heavy metals with the increase in ultrasonication intensity. Overall results obtained from this thesis showed a comprehensive approach to treat municipal wastewater by AGS process while improving the treatment performance by focusing on inoculum source as well as feeding strategy. Besides, sludge from AGS process was evaluated in terms of soluble products release by applying ultrasonication process compared to the WAS. This thesis would enhance the knowledge on AGS technology in terms of seeding and feeding regimes beneath giving clues for full-scale AGS process applications.
Atık çinko-karbon ve alkalin pil karışımının hidrometalurjik geri kazanım prosesinin oluşturulması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-11-15) Andak, Bayram ; Güner Genceli, Fatma Elif ; 506112005 ; Kimya Mühendisliği

Bu çalışmada amaç, taşınabilir enerji depolama sistemleri içerisinde en yaygın kullanım alanına sahip pil grubunu oluşturan çinko-karbon ve alkalin pillerin geri kazanılması için hidrometalurjik bir proses oluşturulmasıdır. Bu kapsamda, atık çinko-karbon ve alkalin pil karışımı bir dizi fiziksel ve kimyasal işlemlerden geçirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında farklı marka ve boyuttaki pillerin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonu yapılmıştır.
Batarya şarj uygulamalarında kullanılan LLC rezonans çeviricilerde optimum verim eldesi için yeni bir yöntem

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-08-15) Çalışkan, Eser ; Üstün, Özgür ; 504112010 ; 504112010

Dünya genelindeki nüfus artışı ve globalleşme, mobilite kavramını tetiklemiştir. Mobilite ile yeni teknolojilerin hayatımıza girmesi kaçınılmaz olmuştur. Yeni teknolojilerin hayatımıza girmesi her geçen gün artan enerji talebini beraberinde getirmektedir. Günümüzde ulaşımda enerji talebinin büyük bir kısmı petrol ve petrol türevleri olan yakıtlar tarafından karşılanmakta olup gelecekte alternatif enerjilerin kullanıma alınmasını zorunlu kılmaktadır. Hayatın birçok alanında mobil olma ihtiyacının yanı sıra bunun bir sonucu olarak ortaya çıkan enerji gereksiniminin de mobiliteye hizmet edecek şekilde taşınabilir ve paylaşımlı olması kaçınılmazdır. Mobiliteye en çok hizmet eden cihazların başında elektrikli araçlar gelmekte olup her geçen gün yeni bir model piyasaya sürülmektedir. Elektrikli araçlar ve neredeyse tüm mobil cihazlarda enerji ihtiyacı büyük çoğunlukla dahili bataryalar ile sağlanmakta olup şarj ve deşarj işlemleri ile enerji paylaşımı sağlanabilmektedir. Batarya şarj ve deşarj döngüsünde enerji kayıplarının en az seviyeye indirilebilmesi için kullanılan güç çeviricisi tüm çalışma bölgesinde en yüksek verim ile çalıştırılmalıdır. Güç elektroniği çeviricisinin mümkün olan en yüksek verim ile çalıştırılabilmesi amacıyla farklı kontrol yöntemleri ve devre topolojileri geliştirilmektedir. Bu doktora tez çalışmasında, yeni tip GaN anahtarlama elemanları kullanılan bir LLC rezonans çeviriciye yönelik yeni bir verim optimizasyonu yöntemi üzerinde durulmuştur. Hafif elektrikli araçlar için tüm batarya şarj sürecinde en yüksek verim ile güç akışı kontrolünün en iyileştirilmesi amacıyla yeni bir verim optimizasyonu algoritması geliştirilmiştir. Klasik kontrol yöntemi olan frekans modülasyonu (FM), ölü zaman kontrolüne dayanan S-PWM ve kesintili çalışma modları LLC rezonans çeviricinin verim değerinin tüm batarya şarj sürecinde mümkün olan en yüksek seviyede kalması amacıyla birlikte kullanılmıştır. İlk olarak potansiyel batarya şarj topolojileri incelenmiş olup ardından bir rezonans çevirici kullanılarak klasik bir batarya şarj sürecine ait grafik verilerek şarj bölgeleri ve temel verim problemi ele alınmıştır. Düşük ve yüksek yük durumları arasındaki farklar ve rezonans çeviricinin çalışma karakteristiği birlikte değerlendirilerek özellikle düşük yük durumlarında çevirici veriminin düşmesine ait detaylar aktarılmıştır. Problemin tanımının ardından GaN tipi anahtarlar kullanılan bir LLC rezonans çevirici ile alakalı teorik altyapıya değinilmiş olup yapılan detay tasarımlar, hesaplamalar, elektronik kartlara ait şema ve baskı devre çizimleri, VHDL blokları ve tasarımları, kart testleri ve doğrulaması verilmiştir. LLC rezonans çevirici tasarımlarını takiben üç farklı anahtarlama ve kontrol yöntemine ilişkin modelleme ve benzetim çalışmalarına yer verilmiştir. Benzetim çalışmalarında temel çalışma prensipleri ve modeller, batarya şarj işlemi ve temel dalga şekilleri verilmiştir. Benzetim çalışmalarının ardından yapılan tasarım detaylarına göre üretilen ve entegre edilen deney düzeneği üzerinde üç farklı anahtarlama yöntemine ait testler gerçekleştirilmiştir. Deneysel testlerin sonuçlarına göre iteratif olarak önerilen verim takibi algoritması iyileştirilmiştir. Sonuç olarak önerilen algoritmanın batarya şarj sürecine uygulanması ve oluşturduğu etki tartışılmıştır. Önerilen verim takibi algoritması ile batarya şarj sürecinde kullanılan LLC rezonans çeviricinin toplam verim değerinde özellikle düşük yük durumlarında %25'e varan artış gözlenmiştir. Tez çalışmasında, yeni bir verim takip algoritması ortaya koyularak GaN temelli bir LLC rezonans çevirici üzerinde hafif elektrikli araçlara ait bir batarya şarj uygulamasında testleri ve doğrulaması yapılmıştır. Sonuçlar değerlendirilmiş olup gelecek çalışmalar için bir yol haritası çıkarılmıştır.
Biyokütle-kömür karısımlarının yanmasının incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-05-12) Canal, Cansu Deniz ; Böke, Yakup Erhan ; Benim, Ali Cemal ; 503132025 ; Makina Mühendisliği

Fosil yakıtlardan enerji üretiminin çevresel etkileri konusundaki endişelerin artması, daha sürdürülebilir enerji üretme araçlarının geliştirilmesine ve kullanılmasına yol açmıştır. Bu gelişmeye, yenilenebilir ve sürdürülebilir enerjinin ulusal ve uluslararası enerji arzındaki payının artırılması da katkı sağlamıştır. Tarihsel olarak, yenilenebilir enerji kaynakları nispeten yüksek maliyetleri ve yüksek teknik riskleri nedeniyle fosil enerji ile rekabet etmekte zorlanmışlardır. Biyokütlenin geleneksel kömür yakıtlı kazanlarda kömür ile birlikte yakılması, biyokütlenin enerji ve bazı durumlarda ısı üretimi için kullanılması oldukça ilgi çekici bir seçenek haline gelmiştir. Birlikte yanma, mevcut fosil yakıta dayalı güç sistemleriyle ilişkili kapsamlı altyapıdan yararlanır ve yalnızca nispeten mütevazı bir ek sermaye yatırımı gerektirir. Çoğu ülkede, biyokütlenin birlikte yakılması önemli ölçüde karbondioksit salınımını azaltmak için mevcut olan en ekonomik teknolojilerden biridir. Dünya çapında biyokütle birlikte yakma işleminin büyük çoğunluğu, pülverize kömür gücü yüksek kazanlarda gerçekleştirmektedir. Pülverize kömür yakıtlı elektrik santralleriyle ilgili temel birlikte yakma seçenekleri vardır. Biyokütlenin kömür yakma sistemine veya doğrudan fırına beslenmesini içeren birlikte yakma, biyokütlenin gazlaştırılmasını ve ürün yakıt gazının fırında yanmasını içeren dolaylı birlikte yakma ve biyokütlenin ayrı bir yakıcı ve kazanda yakılmasını ve kömürlü termik santral buhar ve elektrik üretim sistemlerinde üretilen buharın kullanılmasını içeren paralel yakma seçenekleri mevcuttur.Biyokütle ve kömürün birlikte yakılmasının ucuz ve düşük riskli sürdürülebilir enerji seçeneği olmasına rağmen, birçok teknik mesele de vardır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, ekonomik olarak birlikte yanmadan doğacak problemlerin anlaşılması için ekonomik verimli bir araçtır. Varolan kömür yanma modelleri, biyokütle ile birlikte yakılmasının etkisini içerecek şekilde modifiye edilmektedir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yaklaşımları çerçevesinde, kömür ve biyokütle karışımı yanma hesaplamaları, gaz ve parçacık fazları için zaman ortalamalı korunum denklemlerinin sayısal çözümü ile elde edilir. Parçacıklar lagrangian çerçevesinde işlenirken, gaz fazı Euler alanında çözülür. Gaz fazı genellikle Reynolds Ortalamalı Navier Stokes denklemleri çözülerek modellenir. Katı yakıt parçacıklarının hareketi, ayrık faz modeli tarafından izlenir. Birlikte yanmadaki model, türbülanslı akışkanlar mekaniği, gazlı yanma, parçacık dağılımı, parçacık kurutma, buharlaştırma, heterojen kömür reaksiyonu, kirletici oluşumu ve ışınım için alt modellerden oluşmaktadır. Bu modeller yanma koşullarına göre çalışılmıştır. Oksi yakıt yanması karbondioksit ve azot gazındaki fiziksel farklılıklar sebebiyle hava ortamında yanmasından oldukça farklıdır. Aynı zamanda ışınımda farklı olmaktadır. CO2 ve H2O yüksek kısmi basınçlarıyla, oksi yakıt yanması altındaki gaz emisyonu, hava ortamında yanması sırasındaki baca gazlarından daha güçlüdür. Bu tez kapsamında, küçük ölçekli ve sanayi ölçekli iki farklı beslemeli sistem kullanarak kömür, biyokütle ve bu iki yakıtın birlikte yakılmasının araştırılması yapılmıştır. Küçük ölçekli sistem, RWTH Aachen Üniversitesinde ısı ve kütle transferi kürsüsüne ait deneysel düzenektir. 40kW, 60 kW ve 100 kW gücünde 3 farklı yakıcı kullanılmaktadır. Kömür olarak Ren linyitleri kullanılmaktadır. Biyokütle olarak ise kurutulmuş odunsu biyokütle kullanılmaktadır. Deneyler hem hava ortamında hem oksi ortamda gerçekleşmektedir. Sanayi ölçekli sistem ise, Tunçbilek termik santralinin 5. ünitesidir. Bu ünitenin kazanı içine kömür yakıtı ile birlikte biyokütle yakıtının da beslenmesinin sayısal modellemesi çalışılmıştır.Kömür olarak Tunçbilek linyiti ve biyokütle olarak odunsu yapıda olan Kızılçam kullanılmıştır. Bu sistem 150 MW gücündedir. Sayısal hesaplamalar için, ticari bir yazılım olan Fluent 18 programı kullanılmıştır. Bu tez kapsamında, hem Euler-Lagrangian hemde Euler-Euler modellemesi çalışılmıştır. Her bir farklı güçteki yakıcı için modelleme çalışması gerçekleştirilmiştir. 60 kW yakıcı kullanılarak hava ortamında kömür yanması, 40 kW yakıcı kapsamında biyokütle yakıtının oksi ortamda yanması, 100 kW yakıcı kullanarak ise hem kömür yanması hemde karışımlarının yanması hesaplanmıştır. EL modelinde parçacık takibi Lagrangian çerçevesinde, gaz fazı ise Euler çerçevesinde gerçekleşmektedir. 40 kW gücündeki yakıcı için hem EE hem EL çerçevesinde yanma incelenmiştir. Diğer yakıcılarda ise parçacık takibinin yapılabilmesi için EL çerçevesinde hesaplamalar yapılmıştır. Laboratuvar ölçekli küçük yanma sisteminde ve sanayi ölçekli sistemde türbülans modellemesi için 5 farklı türbülans modeli kullanılarak hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Türbülans modelleri, Standard k-epsilon, Relizable k-epsilon, RNG k-epsilon, SST k-w ve Reynolds Stres modeli olarak seçilmiştir. RANS çerçevesinde modelleme gerçekleştirilmiştir. Parçacık fazında ayrık faz modeli kullanılmıştır. Sisteme kömür beslemesi 30 iterasyonda bir yapılmaktadır. Kömür yanmasında bir enjeksiyon kullanılırken, karışımlarının yanmasında iki enjeksiyon kullanılmıştır. Parçacık dağılımı için Rosin Rammler dağılımı kullanılmıştır. Ayrıca parçacık büyüklüğüne bağlı olarak 60 kW gücündeki yakıcı için Logaritmik Rosin Rammler dağılımı da tercih edilmiştir. 100 kW gücündeki yakıcı kullanılarak deneysel verilerle doğrulama hesaplamaları yapılmıştır. Doğrulama çalışması kapsamında, eksenel ve teğetsel hızlar, sıcaklık dağılımı, emisyon miktarları dikkate alınarak hesaplamalar yapılmıştır. Bununla birlikte döngü sayısının alev oluşumuna etkisi hesaplanmıştır. Sanayi ölçekli sistemde de, duvardan 45 cm içeride alınan sıcaklık verileri ile yapılan hesaplamanın doğrulama çalışması gerçekleştirildi. Işınım ile olan ısı geçişi, Fluent programında P1 modeli kullanılarak hesaplanmıştır. Hava ve oksi ortamda yanma analizi yapılan tez çalışmasında, hava ortamında yanma için absorpsiyon katsayısı olarak WSGGM domain modeli kullanılırken, oksi ortamda yanma için kullanıcı tanımlı fonksiyon (UDF) kullanılmıştır. Yanma modeli olarak Finite rate/Eddy dissipation modeli kullanılmıştır. Piroliz oranlarının hesaplanmasında hem tek oran modeli hemde iki rakip oran modeli kullanılmıştır. Parçacık yanmasında, kinetik difüzyon oranı modeli kullanılmıştır. Tez çalışması kapsamında, detaylı yanma hesaplamaları yapılmış olup farklı parametrelerin yanmaya olan etkileri belirtilmiştir. Türbülans modellerinin kıyaslanmasıyla yapılan hesaplamalar sonucunda, tüm yakıcı modellerinde RSM modelinin diğer türbülans modellerine göre daha yakın sonuç verdiği gösterilmiştir. RSM sonucuna en yakın sonuç veren türbülans modeli Standard k-epsilon modeli olmuştur. RSM modeli ile hız değerlerinin tahminindeki hata payı %4 olarak hesaplanmıştır. Kömür yanması yapılarak gerçekleştirilen hesaplamalarda, parçacık boyut sınıfının ve parçacığın türbülanslı dağılımının sıcaklığa ve hesaplama maliyetlerine etkisi olduğu belirtilmiştir. Yapılan çalışma da, parçacık boyutu için 12 adet sınıfının olması ve parçacık türbülans dağılım parametresinin ise 5 olarak tercih edilmesi, hesaplama maliyeti ve sonuçlar açısından en anlamlı veriler olduğu hesaplanmıştır. 40 kW gücündeki kazan kullanılarak ise EE ve EL modelleri arasındaki fark hesaplanmıştır. Aynı zamanda biyokütle alevi ile kömür alevinin kıyaslanması gerçekleştirilmiş olup, aralarındaki farkın piroliz oranlarına bağlı olduğu belirtilmiştir. 100 kW gücündeki yakıcı kullanılarak kömür ve biyokütle karışımlarının yanması modellenmiştir. Bu modelde, kömür yanması ve biyokütle yanmasında ulaşılan sonuçlar ışığında hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Birlikte yanma oksi ortamda ve hava ortamında yanma varsayılarak hesaplanmıştır. Birlikte yanma oranları, %25 Biyokütle/%75 Kömür, %50 Biyokütle/%50 Kömür, %75 Biyokütle/%25 Kömür olarak belirlenmiştir. Birlikte yanma olduğunda, alevin davranışı gözlemlenmiştir ve kazan içinde oluşacak sıcaklık dağılımları hesaplanmıştır. Biyokütle eklendikçe alevin ötelendiği, kazan içindeki en yüksek sıcaklığın düştüğü belirtilmiş olup, ısıl değerlerinin farkından kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Çalışma yapılan kazan için, biyokütlenin yüksek oranlarda eklenmesinin bir sorun oluşturmayacağı belirtilmiştir. Yakıtların içeriklerinin benzer olması bir fayda sağlamaktadır. Aynı zamanda biyokütle eklendikçe, SO2 mol oranı düşmektedir. Biyokütle yakıtının içeriğinde bulunan kükürt, kömürden bulunandan yaklaşık 10 kat daha azdır. Sonuç olarak, %25 biyokütle eklenmesi durumunda, %75 biyokütle eklenmesi durumuna göre kıyasla %35 daha fazla SO2 oluşmaktadır. Birlikte yanma modellenirken seçilen döngü sayısı 1,2'dir. bu döngü sayısının değişmesi durumunda alevin davranışı hesaplanmış olup, döngü sayısına göre emisyon değerleri de belirtilmiştir. Döngü sayısı 0,4'den 1,4'e kadar 0,2 aralıklarla seçilmiş olup toplamda 6 farklı döngü sayısı için hesaplama gerçekleştirilmiştir. Bu hesaplamalar sonucunda, döngü sayısı arttıkça, kazan çıkışında CO2 mol oranı ve SO2 mol oranı artmaktadır. Döngü sayısı 1,2 değerinden sonra, bu artış sabit kalmaktadır. Döngü sayısının artması, karışımın etkisinin artması ve yanmanın etkili gerçekleştiğini göstermektedir. En küçük döngü sayısına kıyasla, en yüksek döngü sayısı kullanıldığında, %32 oranında daha fazla SO2 çıkışı, %6,4 oranında daha fazla CO2 çıkışı olmaktadır. Döngü sayısı arttıkça kazanda oluşan sıcaklıklarda artmaktadır. Aynı zamanda daha geniş radyal bir mesafe de alev yayılmaktadır. Döngü sayısı arttıkça daha kararlı alev yapıları çıkmaktadır. Çalışma kapsamında, oksijen derişimlerinde birlikte yanma oranlarının incelenmesi de yapılmıştır. %23, %25, %27, %30 ve %33 olmak üzere, 5 farklı oksijen seviyesi belirlenmiştir. Okijen seviyesi arttıkça diğer bir söyleyiş ile CO2 seviyesi azaldıkça kazan içerisindeki pik sıcaklık değeri artmaktadır. Çıkıştaki CO2 seviyesi azalmaktadır. Hava ortamında yanma da hesaplanmıştır. Bu hesaplamalardaki farklılık, CO2 ve N2'nin termodinamik davranış özelliklerindeki farklılıktan kaynaklanmaktadır. Oksi ve hava ortamında yanma karşılaştırıldığında, hava ile yanma sonucunda oluşan CO2 mol oranı, oksi ile yanma sonucuna göre 8 kat daha azdır. Sanayi ölçekli yanma sisteminde ise, biyokütle alt grup yakıcılardan sisteme beslenmektedir. Küçük ölçekli sistem de hesaplamalar sonucunda elde edilen bilgiler ışığında, bu modellemeler gerçekleştirilmiştir. Birlikte yanma oranı olarak %42 olarak belirlenmiştir. Yapılan bu analizlerle neticesinde, sistemde değişiklik yapmadan brilikte yanma gerçekleştirilebilmektedir. Yapılan analizlerden CO2 mol oranının biyokütle kullanılarak %10 daha düşük olduğu hesaplanmıştır.
Bowen oranı enerji dengesi yöntemiyle belirlenen yüzey enerji akılarının arıma modeli ile tahmini

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-22) Aydın, İrem ; Şaylan, Levent ; 511181006 ; Atmosfer Bilimleri

Dünyadaki en eski bilim dallarından biri olan atmosfer bilimlerinin iki ana konu başlığı birbiri ile direkt ilişkili olan enerji ve su dengesidir. Sanayi devrimi ile hız kazanan tarımsal ve endüstriyel aktiviteler, nüfus artışı gibi nedenler sebebiyle suya olan ihtiyacın artması göz önüne alındığında su kayıplarının belirlenmesi ve kontrolü büyük bir önem taşımaktadır. Yerküre üzerinde yaşanan su kayıplarının başlıca bileşeni kara ve su yüzeylerinden oluşan buharlaşma ve bitkilerden meydana gelen terleme ile atmosfere gönderilen toplam su miktarı olarak tanımlanan evapotranspirasyondur. Enerji ve su dengesinin en önemli ve ortak bileşeni olan evapotranspirasyonun belirlenmesi amacıyla kullanılan birçok teknik bulunmaktadır. Bowen Oranı Enerji Dengesi (BREB) yöntemi enerji akısı bileşenlerini dolaylı yoldan ölçülmesini sağlayan düşük maliyetli mikrometeorolojik bir yöntemdir. Yöntem net radyasyon, toprak ısı akısı ile iki farklı seviyede sıcaklık ve nem ölçümlerine dayanır. Bu çalışmada ise BREB sistemi ile enerji akısı bileşenleri hesaplanmış, sonrasında ARIMA modelinin hesaplanan değerlerin tahminindeki başarısı değerlendirilmiştir. 22 Mart 2018 tarihinde BREB sistemine ait aletlerin ilk kurulumu ve testi Meteoroloji Aletleri ve Gözlem Usulleri Laboratuvarında yapılmış, kalibrasyon amacıyla belirli bir süre veri alınmıştır. 24 Mart 2018 tarihinde ise, BREB sisteminin ölçüm kulesi Meteoroloji Gözlem Parkına yerleştirilmiş ve 25 Mart 2018 tarihinde düzenlemeleri yapılan aletler bahsedilen ölçüm kulesine eş yüksekliklere (Yerden 1 m yüksekliğe) yerleştirilmiş ve bir hafta boyunca ölçüm yapılmıştır. Elde edilen ölçüm verileri aracılığıyla bulunan kalibrasyon denklemleri ile farklı seviyelere yerleştirilecek aynı aletlerin birbirleriyle tutarlı sonuçlar vermesini sağlanmıştır. 4 Mayıs 2018 tarihinde ise, aletler önceden planlandığı yerlerine yerleştirilmiş ve veri alınmaya başlanmıştır. Elde edilen veri seti 10 ve 30 dakikalık, saatlik ve günlük değerleri içermektedir. Çalışma kapsamında elde edilen verilerin 5 Mayıs 2018 – 22 Ağustos 2019 tarihleri arasına ait olanları analiz amacıyla kullanılmıştır. Analiz kısmında öncelikle ham verilerin 10 dakikalık, saatlik ve günlük değerleri kullanılarak ortalama, maksimum ve minimum değerleri bulunmuş; bileşenlere ait grafiklerle bu bileşenlerin zamansal değişimleri ortaya konmaya çalışılmıştır. Sonrasında BREB metodu kullanılarak 10 dakikalık, saatlik ve günlük verilere ait enerji akısı değerleri hesaplanmış, bulunan değerlerin zamanla değişimi grafiklerle gösterilmiştir. Son aşamada ise elde edilen değerler ARIMA modeli aracılığı ile tahmin edilmeye çalışılmıştır. Çalışma sonucunda ARIMA modelinin özellikle açık hava şartlarında enerji akısı bileşenlerinden olan Net Radyasyon, Hissedilir Isı Akısı ve Buharlaşma Gizli Isı Akısı için 4 – 12 günlük süre zarfında önemli başarı oranları elde ettiğini göstermiştir.
Coherent structures and energy transfer in decelerated turbulent boundary layers

(Graduate School, 2023-02-10) Güngür, Taygun Recep ; Güngör, Ayşe Gül ; Maciel, Yvan ; 511162103 ; Aeronautical and Astronautical Engineering

This thesis aims to expand our knowledge about turbulent boundary layers (TBLs) developing under adverse pressure gradients (APG). The main focus of this thesis is coherent structures and energy transfer mechanisms in APG TBLs with small and large velocity defects. For this, two novel non-equilibrium APG TBL direct numerical simulation databases are generated. The first database is a non-equilibrium APG TBL with $Re_\theta$ reaching 8000 and a shape factor spanning between approximately $1.4$ and $3.2$. It is the main database utilized throughout the thesis. The second database has identical domain and boundary conditions to the first one. The difference between them is that turbulence in the inner layer of the second database is artificially eliminated. This second database is generated to examine the effect of the inner layer on the outer layer turbulence. For comparison purposes, a channel flow case, two zero pressure gradient (ZPG) TBLs and two homogeneous shear turbulence (HST) databases from the literature are employed. The energy-carrying and –transferring structures are examined using the spectral distributions and two-point correlations. The analysis reveals that energy-carrying structures in small defect APG TBLs and canonical flows have similar spatial and spectral features. In the large defect case, turbulence in the inner layer, which is the dominant region in canonical flows and small defect APG TBLs, loses its importance and outer-layer turbulence becomes dominant. The inner peak in the $\langle u^2\rangle$ spectra does not exist in the large-defect case. Moreover, two-point correlations show that the spatial organization becomes different in the large-defect case as well. Regarding the energy-transferring structures, production, pressure-strain and dissipation structures behave in a similar fashion to the energy-carrying structures. The spectral distributions show that the canonical flows and small defect APG TBLs behave very similarly. The shape of the spectra is qualitatively similar in both cases. In the large defect case, the wall-normal distributions of production and pressure-strain become different since the outer layer becomes dominant. However, the shape of 2D spectra and the aspect ratio of structures are alike in all cases. The production and pressure-strain structures are analyzed in more detail using the relative size and wall-normal positions with respect to each other and energetic structures using spectral distributions. The results show that production and pressure-strain spectra have similar features in both the inner and outer layers regardless of the velocity defect, despite the differences in energetic structures. In the inner layer, the results suggest that the near-wall cycle or another mechanism with similar spectral features exists in large defect APG. As for the outer layer, an interesting result is that in large-defect APG TBLs it acts more like a free shear layer than in small-defect APG TBLs or canonical flows. Besides that, production and inter-component energy transfer mechanisms are similar in all cases regardless of velocity defect. No inflection point instability in the outer layer of the large-defect APG TBLs was detected. The effect of the near-wall region on the outer-layer layer structures is examined through Reynolds-shear-stress carrying structures' spatial features by detecting individual structures using spatio-temporal volumetric data. The results show that the outer layer is not significantly affected by the inner-layer turbulent activity. The structures' spatial features mostly depend on the mean shear. The aspect ratio of Reynolds-shear-stress carrying structures remains almost identical in the outer layer when the inner-layer turbulence is eliminated. Moreover, the aspect ratio follows a similar trend in both outer layers of APG TBLs and HSTs when the structures' size is normalized with the Corrsin length scale. The overall conclusion is that energy transfer mechanisms remain the same within one layer regardless of the velocity defect. The reason why the wall-normal distribution of energy and energy transfer dramatically changes in the large defect case is probably the change in the mean shear profile due to the increasing velocity defect.
Comparison of experimental and semi-experimental models for predicting solar thermal power plants with artificial neural network

(Graduate School, 2023-01-19) Choopani, Shabnam ; Barutçu, Burak ; 301191030 ; Energy Science and Technology

Researchers have recently accomplished many studies on using renewable energy sources without pollution due to the significant development in demand for energy access. The fact that these energy sources are pure and offer free renewable energy, like solar and wind, has attracted the interest of several governments and enterprises. Solar energy may be viewed as a clean, sustainable, and renewable energy source that will be very important for the planet's energy needs in the future. Accurate knowledge of the amount of solar radiation must be accessible in the initial stage to utilize solar energy to its fullest potential. As a result, scientists have been seeking other methods to gauge the amount of solar radiation in recent years. The use of satellite data has advanced in recent years due to its many benefits, including broad coverage level, repeatability, ease of data processing, and access to field data. It is also crucial to anticipate solar radiation using various methods. Since it is typically not feasible to assess directly. Different techniques are used to monitor radiation levels. These strategies use hybrids, regression relationships, experimental connections, and linear interpolation or neural networks for remote sensing. Solar radiation data is essential in many fields. The requirement for water for plants is one of several waters and soil processes that are impacted by solar radiation, a meteorological variable. However, as was already said, solar radiation measurements are sometimes quite limited due to the high expense of the equipment used to measure it. In addition, issues with the calibration of measuring instruments provide challenges in measuring solar radiation. This study's primary goal is to offer a neural network-based approach for predicting the amount of solar radiation. For this goal, many experimental and semi-experimental associations and the linear multiple regression approach have already been presented. However, this study will look at the high-accuracy usage of the neural technique. Future human energy must come from a sustainable, clean energy source that uses new technology with little harm to the environment. Solar energy will naturally be used in numerous technologies. Solar radiation is the most important natural energy source guiding all natural processes and reactions on Earth. Solar energy may be calculated using various techniques, such as artificial neural networks and regression analysis, experimental approaches, solar radiation measuring equipment, manual mathematics's computations, experimental and semi-experimental relationships, and more recent techniques. For at least one to two years, I gathered data and information from meteorological stations to be used as input to an artificial neural network. I develop a precise and ideal model to predict how much solar radiation will be present in a city, comparing the obtained model with other models and comparing the neural network method with other methods of predicting solar radiation, such as linear regression and experimental and semi-experimental methods, and finally evaluating the results. The ability of the neural network model and meteorological parameters to be effective in net radiation, as well as the estimation of daily net radiation in the hot and dry climate of Yazd city, were investigated in this study using 15 experimental and semi-experimental models. The accuracy of each model, as mentioned earlier with the measurement data by the net radiation logger at the meteorological stations in Yazd, was assessed over 36 months. Thus, the layout of 1-2-11 for the Yazd region represented 11 parameters in the input layer, two neurons in a hidden layer, and an output layer to produce the network's best structure. The outcomes demonstrated the neural network's strong performance in radiation prediction, with a coefficient of determination of 0.95 and error profiles for RMSE, MAE, FB, and MBE with values of 393, 850, 0.006, and 49 watts per square meter per day, respectively. The principles and generalizations of solar radiation, as well as strategies for forecasting solar radiation, are examined in this study. The sorts of in-country and international research in this area are discussed in the second chapter. The third chapter briefly overviews the research topic and details the data collection process. This part introduces research methodologies such as artificial neural networks, multivariate linear regression, and experimental and semi-experimental models. The fourth chapter calculates solar radiation using an artificial neural network and compares the findings to other methods. The solar radiation prediction algorithm was designed and implemented using the MATLAB program and its neural network simulator toolkit. The Irmak model was shown to be the best option in the Yazd region during the winter season. Due to its superior accuracy compared to other models, the basic regression model 1 is the best model for the spring season. In summer and autumn, the basic regression model 3 is chosen as the optimal model. Also, on the annual scale, the basic regression model 3 had higher accuracy in predicting net radiation and was chosen as the optimal model in the Yazd region.
Compensation of current harmonics in single phase grid connected inverters with deadtime under distorted grid voltage

(Graduate School, 2022-06-28) Tekin, Barış ; Yıldırım, Deniz ; 504181007 ; Electrical Engineering

As the human population in the world increases, the demand for energy, which is the most basic need of human beings, also increases. In order to meet the increasing demand, the energy supply is enlarged with the investments made. While energy investments continue to grow in all areas, investments in renewable energy production have reached serious levels in the last 20 years and its share among other investments is increasing every year. Among these investments, wind and solar energy investments have the highest ratio. The increase in these investments has also increased the development and production of photovoltaic panels and grid-connected inverters and other power electronic devices. In this thesis, the power electronics circuit consists of a two-stage structure. In the first stage, the solar panel voltage is increased to the inverter DC bus voltage by a DC/DC converter. In the second stage, an inverter works in connection with the grid and transfers energy from the solar panel to the grid. Single-phase full-bridge inverter is selected as the inverter topology. The inverter is designed as 1500 VA. The switching frequency is 16 kHz. The full-bridge inverter is connected to the grid with an LCL filter. LCL filter has a 3rd order transfer function and when the resonance frequency is set correctly, the harmonics generated by the switching frequency can be filtered out easily. However, when the frequency response of the transfer function of the LCL filter is examined, it is seen that it peaks at the resonance frequency. Active and passive damping methods have been developed to reduce the gain at the resonant frequency. In passive damping methods, the peak is damped by adding a passive element to the LCL filter structure. Passive damping, which is made by adding resistance to the filter capacity is an easily applied method. The disadvantage of this method is that the capacitor current flowing through the resistor creates a loss. However, since the inverter is designed as low power in this thesis, the loss is less compared to the large power inverters. For this reason, damping with resistance is preferred. In most of the studies on the selection of the resonance frequency, it is suggested that it should be greater than 10 times the grid frequency and less than half of the switching frequency. LCL filter capacitor is selected so that the reactive power loss in the capacitor is not more than 5% of the inverter rated power. The inductance of the filter on the inverter side is selected according to the current ripple ratio. In the studies, it has been suggested to choose the ripple ratio between 20% and 40%. In this study, the ripple ratio was chosen as 20%. It has been suggested that the grid side inductance be the same as the inverter side inductance. In this study, it was chosen to be the same as the inverter side inductance. Grid-connected inverters, as power electronic devices, need to be designed in accordance with international standards. These standards have criteria for both the safety of the device and its operating performance. In this study, the operating performance of grid-connected inverters and the standards related to the grid are examined. The most common of these are IEEE Std 519™-2014 and IEC 61727:2004. The design has been made taking into account these standards. A synchronous reference signal must be given to the controller to work synchronously with the grid. Various methods have been developed for generating the synchronous reference signal such as Phase Locked Loop (PLL). When grid voltage is applied to the input of this control structure, a synchronous reference signal to the grid can be obtained at its output. This structure is usually shown in three parts. These are Phase Detector (PD), Loop Filter (LF), and Voltage Controlled Oscillator (VCO). PD structures with adaptive filters, which have better performance than others have been examined. Secondary Generalized Integrator (SOGI), which was obtained by making some changes in these structures, was examined and the SOGI-PLL structure was implemented. The Bode diagram and step response of the transfer function with variable coefficients are examined. Research and simulation studies have been carried out for the development of the inverter current controller. PI controller and PR controller are used as current controllers of grid-connected inverters. PR controllers are implemented in this thesis. It has been understood that this controller alone is not sufficient. Because grid harmonics and inverter-induced harmonics cause odd harmonics such as 3rd, 5th, 7th, and 9th harmonics. Resonant controllers parallel to the PR controller are used to compensate these harmonics. It has become compliant with standards at full load. In order to compensate the grid voltage harmonics, the grid voltage is added to the controller as a feed-forward path. Harmonic components originating from the grid are greatly attenuated. However, harmonics are still present at low loads. Repetitive controllers (RC) are added in parallel to the current error signal in the control structure, reducing the harmonics both at rated load and light loads. Although the dynamic performance of RC is slow compared to multi-resonance controllers, their steady-state performance is quite beneficial. Controllers with theoretical studies have been tested in a grid-connected inverter study with a simulation model. In the tests, the total harmonic distortion in the grid voltage is 3%, and the dead time of the PWM signals is set to 1.5 µs. When only PR controllers are used, the total harmonic distortion of the grid current at full load is 6.92%. This ratio decreased to 3.71% with multiple resonance controllers. As a result of grid voltage feed-forward, the harmonic distortion was 2.87%. The rate decreased to 1.53% when the repetitive controller was added. The results confirmed the theoretical work. The results were also confirmed by the experimental implementation. In the experiment, the total harmonic distortion was slightly higher with the effect of the disturbances that were not taken into account in the simulation. When only PR controllers are used, the total harmonic distortion of the grid current at full load is 9.84%. This ratio decreased to 6.11% with multiple resonance controllers. As a result of grid voltage feed-forward, the harmonic distortion was 3.93%. Results were similar to the simulation when the disturbances were taken into account. Theoretical studies for harmonic compensation of single-phase grid-connected inverter were verified on simulation and circuit, and the results were compared with each other. With the applied control methods, the total harmonic distortion of the grid current has been successfully reduced.
Comprehensive flood risk assessment and identification of the potential flood mitigation strategies

(Graduate School, 2022-06-09) Ekmekcioğlu, Ömer ; Özger, Mehmet ; 501162501 ; Hydraulics and Water Resources Engineering

Floods are among the natural disasters frequently encountered in our country, i.e. Turkey, and across the globe. Considering some of the conditioning factors, such as geographical location, geological and hydrological structure and even demographic characteristics, that characterize the formation of natural disasters, the most common natural disasters in Turkey are described as floods. A total of 1209 floods occurred in Turkey between 1975 and 2015, resulting in 720 deaths and the inundation of 900,000 hectares. In addition, floods cause an annual average of 100 million dollars of economic loss. The constitution of floods may vary in different types; scuh that coastal floods are frequent in coastal areas, while river floods mostly occur in rural and/or urban areas, and urban flooding poses significant challenges in densely populated regions. In this context, especially in cities with high population densities, urban flood events not only cost human lives but also cause serious property damage. Istanbul is also among the cities that frequently face urban floods across Turkey. The city is the most populated city in Turkey with a population of approximately 16 million (2986 people/km²) and is at serious risk of flooding. Therefore, within the scope of this thesis, it is aimed to determine the regions that may be affected as a result of the floods potentially occur in Istanbul and to reveal the factors that trigger the vulnerability of these regions. In order to ensure the functionality of both data collection procedures and the early diagnosis actions to be determined on an administrative basis, analyzes were carried out on a district basis in this thesis. Through district-based analyzes, both hazard and vulnerability factors, which are the two most critical pillars of the risk concept, were carried taken into account. In line with the hazard cluster, stormwater pipe network, slope, imperviousness (in terms of curve number), number of rainy days and return period of storm event criteria were taken into the consideration. Within the scope of vulnerability cluster, vulnerable structures, population density, vulnerable population, education level, income level, transportation network, number of households and land use criteria were considered. Thus, this thesis not only tried to determine the regions having high susceptibility of flooding but also sought to designate the social environments, i.e., residents and/or buildings, that have the potential to be damaged as a result of floods. In the research articles included in this thesis, multi-criteria decision-making algorithms were used to perform the district-based flood risk mapping of Istanbul. In the first research article published within the scope of the thesis, district-based flood risk maps were generated using the fuzzy analytic hierarchy process, and risky districts and the criteria to be taken into account specific to these districts were identified. In the second research article published within the scope of the thesis, the perception differences on the flood risk of four different stakeholders (i.e., Istanbul Water and Sewerage Administration, Disaster Coordination Center, Istanbul Metropolitan Municipality and Universities) at Istanbul scale were analyzed. For these purpose, the technique for order of preference by the similarity-to-ideal-solution (TOPSIS) method was integrated along with the fuzzy analytical hierarchy process method utilized in the first study. As a result of the model configurations on the basis of expert judgments pertaining to abovementioned four institutions, flood risk, flood hazard and flood vulnerability maps were separately generated. The third research article published within the scope of the thesis focused on the interrelationships of the criteria that were not examined in the previous two studies. On the other hand, for the first time in the literature, analyzes were carried out using two distintictive criteria weighting methods (analytical hierarchy process for the hazard cluster and analytical network process for the vulnerability cluster) together. At this point, another innovation that has been methodically accomplished is the integration of the decision-making trial and evaluation laboratory (DEMATEL) method which was used in the refinement of the analytical network process framework. Visekriterijumska optimizacija i compromisno resenje (VIKOR) method, which is accepted as an improved version of the TOPSIS method, was performed to prioritize the districts in terms of flood risk by combining the outputs obtained from the two different criteria weighting methods and the numerical values of the corresponding criteria. According to the findings obtained in the first of the articles published within the scope of the thesis, land use, population density and the vulnerable structures were determined as the most important vulnerability criteria, while the return period of a storm event, imperviousness and stormwater pipe networks were obtained as the most significant hazard criteria. On the other hand, the comparison between the main clusters, i.e., vulnerability and hazard, indicates that these two classes have almost equal importance in terms of the flood risk concept in Istanbul. In addition, sensitivity analyzes were implemented in order to illustrate the stability and robustness of the fuzzy analytic hierarchy process applications. According to the district-based analyzes, Bayrampasa, Bagcilar and Esenler were found to be the three most risky districts with the significant effect of their dense populations. While Uskudar, Bayrampasa and Bagcilar districts stand out according to the hazard cluster representing the probability of flood events, it was concluded that special precautions should be taken for Gaziosmanpasa, Gungoren and Beyoglu districts according to the analyzes made within the generic of vulnerability cluster. According to the findings obtained in the second of the articles published within the scope of the thesis, disaster management and coordination authorities and local municipalities have point out that hazard and vulnerability clusters have almost similar importance in terms of flood risk. On the other hand, water and sewerage administrations take the hazard class into consideration, while universities consider vulnerability more important than the other. Once the produced flood risk maps and correlation analyzes are examined, one can conclude that there are high perception differences between the judgments of the experts from universities and water and sewerage administration, while perception similarities can be seen among other stakeholders. Therefore, this study highlighted that the inclusion of only one type of stakeholder in the flood risk management system is not sufficient to evaluate the overall flood risk criteria. Instead, it was concluded that the participation of various stakeholders from different disciplines is required to make more reliable flood risk analyzes. Hence, the results of this study not only provide a flood risk maps showing the most flood-prone districts of Istanbul, but also reveal the perception differences among various stakeholders who are responsible for taking the necessary measures to reduce, prevent and manage the flood risk. According to the findings obtained in the third of the articles published within the scope of the thesis, the income level, which is one of the criteria evaluated in the vulnerability class, not only affects all the vulnerability criteria, but also has been affected by the others (vulnerable structures, population density, vulnerable population, and education level). In addition, although the education level criterion affects all other criteria, it is only affected by the income level. Also, the population density criterion is almost as important as the education level according to the results of the study. The insight gained from the DEMATEL analysis has indicated that the population density is highly correlated with the education level and income level. Furthermore, the analyzes performed for the hazard cluster showed that the return period of a storm event is the most important criterion. Hence, especially considering extreme rainfall events where climate change has a great impact, district management authorities should take special measures such as flood-retardant structures and rainwater harvesting on their agenda to deal with the floods. In addition, storm water pipe networks and imperviousness criteria, which are among the other hazard related criteria, have been found to have very close importance to each other. At this point, the fact that districts with old or insufficient storm water drainage systems focus on these investments, increase the amount of green areas in districts where the land use includes urbanization intensively, or implement sustainable measures such as green roofs on existing buildings will make significant contributions to reducing the flood risk in the relevant regions and/or districts. In general, within the scope of this thesis, comprehensive flood risk analyzes were carried out for Istanbul. In addition, not only flood risk mapping, but also the ways to be followed for strategies to reduce the flood risk in risky areas are pointed out. In this context, it is believed that the publications contained in this thesis will be useful for not only Istanbul but also entire country and will play a guiding role in taking the necessary actions.
Cost analysis of potential wind farms located at different regions in caspian sea

(Institute of Science and Technology, 2020) Ahmadov, Mahammad ; Bayraktar Bural, Deniz ; 637411 ; Department of Shipbuilding and Ocean Engineering

In this study, considering the Wind Energy Potential of the Caspian Sea, the Levelized Costs of Energy and Capacity Factors have been investigated for potential wind farms near the Absheron Peninsula, Olya site, Atyrau site, and finally for Sulak City's shoreline. Before LCOE analysis, Simple Feasibility Study has been done for the Absheron Project. Economical aspects of wind energy, today and the future of the wind power industry and its advantages and disadvantages have been investigated. Capital Expenditures, Operation, and Maintenance Expenditures of the offshore wind farms have been checked. Azerbaijan's wind energy potential has been checked. In the shoreline of the Absheron Peninsula, two different wind farms have been planned and designed and their Levelized Costs of Energy have been analyzed. Besides, other regions of the Caspian Sea basin have been investigated and potential wind farms in certain areas have been designed and their LCOE and Capacity Factor results have been compared. All projects' layouts have been selected. Preliminary calculations have conducted for all projects. For these projects, chosen regions' bathymetric maps, their hydrometrological features have been analyzed. Sea borders and shipping roads of the regions have been checked. Wind speeds of certain areas have been extrapolated by the help of power law. In order to have better results, several wind turbine factories' products have been checked. Their power curves have been analyzed and the most efficient one has been chosen for this research. Projects' Annual Energy Productions, their Capacity Factors, and finally, their LCOE have been calculated. In the project Absheron, two different discount rates have been used and its results have been compared with the projects of the other regions of the Caspian Sea. Besides, the results of the Absheron Project have been compared to the Azerbaijani Government's energy policy. Besides, the results of this research, have been compared to the results of the international offshore wind farms' average Capacity Factors and LCOE results. Regions' metrological features and their impacts on the planned projects have been mentioned in the end. To do that, researches and publications about the Caspian Sea basin have been checked and analyzed. To make a better comparison, their results have been compared to the results of this research.
Çamaşır makinelerinde yapay sinir ağları ile yıkama performansı ve enerji tüketiminin modellenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-23) Aktaş, Yakup ; Altınkaynak, Atakan ; Kalafat Acer, Merve ; 518181036 ; Mekatronik Mühendisliği

Dünyada gelişen teknoloji ve mühendislik yetkinlikleriyle beraber endüstride bir rekabet ortamı oluşmuştur. İlgili sektör üreticileri fark yaratan ürünler otaya koymak için gelişen teknolojik adımları yakalamak ve ürünlerine değer katacak gelişmeleri takip etmek durumundadır. Özellikle tüketicinin doğrudan etkileşim halinde olduğu beyaz eşya ürünlerinde fark yaratan teknolojiler ön plana çıkmaktadır. Ancak ürünlere eklenen birçok yeni özellik beraberinde maliyetleri de doğurmaktadır. Aynı zamanda üreticiler için kaynak ve zaman yönetimi anlamında da ekstra yük getirmektedir. Bu nedenle ürünlerin ar-ge, tasarım ve üretim süreçleri ne kadar iyileştirilebilirse sektörde rekabetçi ve yenilikçi ürünler ortaya koyabilmek o kadar mümkün hale gelecektir. Üretilecek olan ürünlerin ar-ge ve tasarım aşamalarındaki test süreçlerinin iyileştirilmesi maliyet, kaynak ve zaman açısından üreticiler için olumlu katkı sağlamaktadır. Çamaşır makinaları günümüzde yaygın olarak kullanılan dayanıklı tüketim aletleridir. Su ve elektrik enerjisi ile çalıştıkları için, test süreçlerinde her bir çevrimdeki bu tüketimler ek maliyetlere ve aynı zamanda dünya kaynaklarının da tüketilmesine yol açmaktadır. Bununla birlikte zaman açısından da yeni ürün proje süreleri uzamakta ve teknolojik gelişimi yavaşlatmaktadır. Yani test süreçlerinin kısalması, hem sürdürülebilirliğe katkı yapacak, hem maliyetleridüşürecek hem de zamanın verimli kullanılmasına yol açacaktır. Tez kapsamında çamaşır makinalarının ar-ge ve tasarım süreçlerinde gerçekleştirilen test metotlarının kurulacak model yapısında incelenmesi ile çevresel sürdürülebilirliğe katkı sağlanması, üretici maliyetlerinin düşürülmesi ve zaman tasarrufu elde edilmesi amaçlanmaktadır. Çamaşır makinalarının sahip olduğu özelliklerin yanında, standartlarca belirlenmiş çeşitli sınırları da sağlıyor olması gerekmektedir. Bunlardan biri yıkama performansıdır. Çamaşır makinalarının temel özelliği olan yıkama işlemi, standartlarda belirlenmiş yöntemlerile ölçülebilmektedir. Üretilen çamaşır makinalarının da belirlenen limit değerin altına düşmeyecek etkinlikte yıkama performansına sahip olması gerekmektedir. Üreticiler ise bu sınır koşulu sağlayıp sağlamadığını test etmek için standart yıkama performansı testlerini laboratuvar oertamında gerçekleştirmektedir. Ancak farklı sınır koşullarından dolayı yıkama performansını sağlayabilmek adına birçok parametrenin optimize edilmesi gerekmektedir. Birden fazla parametrenin etki ettiği yıkama performansı hedef değerini yakalayabilmek adına yapılan bu deneme testleri ise su ve enerji tüketimlerinden dolayı beraberinde ekstra bir yük getirmektedir. Bu sebeple kurulacak model yapısı ile bu test sonuçlarının tahmin edilebilmesi hedeflenmektedir. Diğer bir yandan, standart olarak sağlanması gereken yıkama performansının belirli enerji tüketimi sınırları içerisinde gerçekleşiyor olması gerekmektedir. Üreticiler, üretilen çamaşır makinasının enerji tüketiminin, standartlarda belirlenen enerji sınıf aralıklarından hangisine denk geldiğini deklare etmek durumundadır. Doğal olarak daha düşük tüketime sahip enerji sınıfındaki ürünler son kullanıcı tarafından daha çok tercih edileceğinden yıkama performansı değerine olabilecek en düşük enerji tüketimi ile ulaşmak ana hedeftir. Bu nedenle yapılan performans testleri yerine yıkama performansını tahmin edecek model ihtiyacının yanında, optimum tasarımın yapılabilmesi için enerji tüketiminin de tahmin edilmesi gerekmektedir. Kurulacak enerji tüketimi modeli ile de enerji tüketimi değerinin test yapmadan tahmin edilebilmesi amaçlanmaktadır. Tez kapsamında kurulacak yıkama performansı ve enerji tüketimi tahmin modellerini elde edebilmek için öncelikle deneysel veriye ihtiyaç vardır. Bu amaçla laboratuvar ortamında deney istasyonları hazırlanmış ve standart yıkama performansı test sonuçları tüm analog ve dijital verileriyle birlikte toplanmıştır. Tahmin edilmek istenen yıkama performansı ve enerji tüketimi değerlerinin yanında model yapılarını girdi sağlayabilecek parametrelerin de değişimleri kaydedilmiştir. Toplanan verilerin analizi yapılarak yıkama performansı ve enerji tüketimi tahmin modelleri için ayrı ayrı girdi parametreleri seçilmiş ve çeşitli model yapıları oluşturulmuştur. Oluşturulan yapılardan en iyi performans gösteren modeller seçilmiştir. Elde edilen modeller sayseinde yıkama performansı ve enerji tüketimi için seçilen girdi parametresi değerleri verildiğinde yüksek doğrulukta sonuçlar alınmaktadır. Tezin ilk bölümünde literatürde çamaşır makinalarında gerçekleştirilen yıkama prosesine etki eden temel parametrelerden bahsedilmiştir. Ayrıca tezin ilk bölümünde çamaşır makinlarında geliştirilmiş makine öğrenmesi, yapay sinir ağı ve bulanık mantık algoritma çalışmalarından örnekler sunulmuştur. Yapılan çalışmalarda tahmin edilmesi kritik parametrelere yer verilmiş ve farklı yöntemler kıyaslanmıştır. Tezin ikinci bölümünde yıkama performansı ve enerji tüketimi modellerine veri girişi sağlamak amacıyla kurulan deney sisteminden, kullanılan ekipmanlardan ve ölçüm yöntemlerinden bahsedilmiştir. Bu bölümde ek olarak toplanan deneysel veri kümesi incelenmiştir. Verilerin makina özellikleri açısından yıkama performansı ve enerji tüketimine göre dağılımları gösterilmiştir. Tezin üçüncü bölümüden yıkama performansı modeli için girdi parametreleri seçilmiştir. Girdi parametrelerinin çıktı değerine etkileri detaylıca açıklanmıştır. Parametrelerin istatistiksel özellikleri elde edilmiş, girdi-çıktı parametreleri arasındaki lineer korelasyon ilişkileri çıkarılmıştır. Tezin bu bölümünde lineer yöntemlerin problemi çözümlemeye yetmeyeceği ve makine öğrenmesi yöntemlerinin denenmesi gerektiği yapılan lineer regresyon analizleri ile vurgulanmıştır. Bu amaçla aynı bölümde modelleme için kullanılacak yapay sinir ağları ile Levenberg-Marquardt geri yayılım algoritması açıklanmıştır. Kurulacak modelin algoritma parametreleri detayları ile verildikten sonra farklı katman ve nöron sayılarındaki yapay sinir ağı sonuçları elde edilmiş ve en iyi performansı veren modeller belrtilmiştir. Yapay sinir ağı modeli Matlab programı kullanılarak Levenberg-Marquardt geri yayılım öğrenme algoritmasının model parametre detayları değiştirilerek oluşturulmuştur. Tezin dördüncü bölümünde de yıkama performansı yapay sinir ağı modeline benzer şekilde enerji tüketimi modeli için de girdi parametreleri belirlenip lineer korelasyon ilişkileri belirtilmiştir. Lineer regresyon analizi sonuçları paylaşılmış ve enerji tüketimi modeli için de yapay sinir ağı modeli kurulmuştur. Yıkama performansı yapay sinir ağı modeli ile aynı ağ yapısı özelliklerinde modeller karşılaştırılmış ve en yüksek performansı veren model seçilmiştir Tezin beşinci bölümünde elde edilen model yapıları, ortak model arayüzü oluşturmak adına Simulink ortamına aktarılmış ve tasarım süreçlerinde kullanıma hazır hale getirilmiştir. İlgili girdi parametrelerinin değerleri verildiğinde elde edilen en iyi modellerin tahmini sonucu yıkama performansı ve enerji tüketimi değerleri elde edilebilmektedir. Tezin beşinci ve son bölümünde ise yapılan tez çalışmasının sonucuna ve gelecek çalışmalar için önerilere yer verilmiştir.
Çanakkale için güneş destekli toprak kaynaklı düşey ısı değiştiricisi sistemi tasarımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-25) Çınkılıç, Arda Can ; Öztürk, Zehir Fatih ; 301191003 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Dünya genelinde harcanan enerjinin neredeyse üçte biri binalarda ve bina içlerinde kapalı alanlarda yapılan aktivitelerde harcanmaktadır. Ayrıca, binalar dünya genelindeki salınan karbon ve harcanan elektrik enerjisi değerlerinde de önemli bir paya sahiptir. Dolayısıyla, hem önemli miktarda enerji ihtiyacı olan hem de çevreyi kirleten enerji kaynaklarını kullanmakta olan binaların daha temiz enerji kaynaklarını kullanmalarının sağlanması ve kendi enerjilerini üretebilecekleri ve hatta depolayabilecekleri yenilenebilir sistemlerin teşvik edilmesi gerekmektedir. Isıtma ve soğutma sistemlerinde en çok kullanılan yenilenebilir enerji sistemleri yüksek performans katsayıları nedeniyle toprak kaynaklı ısı pompalarıdır. Toprak altı sıcaklığı kışın dış ortam sıcaklığından yüksek yazın ise dış ortam sıcaklığından düşüktür. Bu durum termodinamik olarak daha verimli bir ısıtma soğutma çevrimine imkânı tanır. Yaz enerjisini kışın kullanmaya imkân tanıyan en önemli sistemlerden biri de solar termal enerjiyi yer altında depolamaya ve depolanan bu enerjiyi kışın yer altı ısı değiştiriciler ve ısı pompası sayesinde kullanmaya imkân tanıyan sistemlerdir. Bu sistemler güneş enerjisi ile şarj edilen düşey ısı değiştiricili toprak altı ısı pompaları olarak adlandırılır. Geleneksel yer altı ısı pompaları sistemleri yer altı ısı değiştiricileri ve ısı pompasından meydana gelmekte iken düşey ısı değiştiricili toprak altı ısı pompası sistemleri geleneksel yer altı ısı pompaları sistemine toprak altının yazın şarj edilebilmesi için ilave edilen solar termal panellerin eklenmesi ile inşa edilmektedirler. Bu sistemler enerjinin depolandığı tarih ile kullanıldığı tarih arasında bir zaman farkı oluşturduklarından yer altını büyük bir batarya gibi kullanmaktadırlar. Isıtma amaçlı kullanılan düşey ısı değiştiricili toprak altı ısı pompaları sistemlerinin performans katsayıları geleneksel toprak altı ısı pompaları sistemlerinin performans değerlerinden daha büyüktür. Düşey ısı değiştiricili toprak altı ısı pompası sistemlerinin hem solar termal kısmı hem de toprak altı kısmı modüler olarak tasarlanabildiğinden her ölçekte boyutlandırma mümkündür. Bu sistemlerin performans değerleri tabiki toprak altının yapısına da önemli ölçüde bağlıdır. Sistemin kurulacağı bölgenin yeraltı termofiziksel özellikleri iyi belirlenmeli ve toprağın termal difüzyon katsayısı mümkün olduğunca doğru belirlenmelidir. Ayrıca toprak altında var olabilecek yer altı akışlarının hem sistem üzerinde hem de yeraltı suları açısından olumsuzluklar yaratabileceği unutulmamalıdır. Düşey ısı değiştiricili toprak altı ısı pompaları sistemleri binalarda önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlayan yenilenebilir enerji sistemlerdir. Bu çalışmada geleneksel toprak altı ısı pompası sistemleri arasında daha yüksek performans değerine sahip olan düşey ısı değiştiricilerinin performansının, güneş kollektörleri ile desteklenmesinin sistem performansının artış miktarı üzerindeki etkisinin gözlenmesi hedeflenmiştir. Bunun yanında farklı derinliklere sahip kuyuların depolama kapasitelerinin karşılaştırılması ve bulunulan bölgenin güneşlenme süresine göre düzenlenen bekleme döneminde gerçekleşen ısı alışverişinin etkileri incelenmesidir. Bu amaçla, Çanakkale ili meteorolojik verileri yardımıyla ve yer altının katmanlı yapısı dikkate alınarak sistemin termal performansı numerik olarak incelenmiştir. Toprak altı ısı pompası sistemi tasarımında ve analizlerinde çeşitli fizik ve mühendislik uygulamalarında sıklıkla kullanılan, özellikle birleştirilmiş fenomenler ve multifizik için bir sonlu eleman analizi, çözücü ve simülasyon yazılımı kullanılarak tek ısı değiştiricisinden oluşan bir güneş destekli toprak kaynaklı ısı değiştiricisi sistemi analiz edilmiştir. Çalışmada kullanılan sistem, tek bir düşey ısı değiştiricisinden oluşmaktadır. Bu ısı değiştiricisinin yarıçapı 0.1 m olarak alınmıştır. Isı değiştiricisinin derinliği ise 50-75 ve 100 m olarak seçilmiştir ve sistem verimi ilk 5 yıllık çalışma dönemi için incelenmiştir. Numerik modelde, toprak derinliği ve yarıçapı analiz sonuçlarının etkilemeyecek kadar büyük seçilmiştir. Toprak yapısı olarak çift katmanlı yapı seçilmiş olup, ilk 20 metre kilden, kalanı granitten meydana gelmektedir. Uygulama sahası olarak Çanakkale/Türkiye seçilmiştir. Yapılan numerik analizlerde toprak sıcaklığı, T∞, o bölgenin yıllık ortalama sıcaklığı olan 15 ℃ olarak alınmıştır. Bu literatürde yaygın kullanılan bir yaklaşımdır ve İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü'nde bulunan Isı Pompası Laboratuvarı'nda yapılmış olan deneylerde hata payının %4'ün altında olduğu görülmüştür. Bu değer analizlerde başlangıç koşulu olarak kullanılmıştır. Sistem birbirini takip eden şarj ve deşarj periyotlarıyla çalıştırılmıştır. Her şarj ve deşarj periyodunun arasında bekleme süreleri uygulanmıştır. Çanakkale'nin iklimsel özelliklerine bağlı olarak 15 Mayıs-15 Eylül arasındaki 4 aylık süreç şarj periyodu ve 1 Ekim-1 Mayıs arasındaki 7 aylık süreç ise deşarj periyodu olarak belirlenmiştir. Şarj ve deşarj dönemleri arasında toprağı dinlendirmek ve ısıl karakteristiğini etkilememek adına 15'er günlük bekleme periyotları bırakılmıştır. Çanakkale'nin bulunduğu konum, paralelin ekvatora olan yakınlığı sebebiyle yaz aylarında yüksek güneş radyasyonuna sahiptir. Bu durum ısıtma ihtiyacının karşılanması için deşarj periyodundan daha kısa bir şarj periyodunun yeterli olmasını sağlamaktadır. Şarj, deşarj ve bekleme sürelerinin belirlenmesinde yararlanılan ışınım ve dış ortam sıcaklığı değerleri NASA'nın yenilenebilir enerji, bina enerji verimliliği ve tarımsal ihtiyaçları desteklemek için kullanıma açtığı veri tabanından elde edilmiştir. Düşey ısı değiştiricili toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin ısıl enerji tranferi hesaplamaları bilgisayar destekli analiz programında 50 m, 75 m ve 100 m derinliklerde şarj edilme ve şarj edilmeme durumları için ayrı ayrı yapılmıştır. Şarj edilme durumunda analizler şarj periyodu ile başlamış olup şarj-bekleme-deşarj-bekleme döngüsü ile yapılmıştır. Şarj edilmeyen durumdaysa şarj süreci bekleme süresine dahil edilerek deşarj-bekleme periyotları şeklinde 5 yıllık analizler yapılmıştır. Kil ve granit tabakalarındaki ısı transfer karakteristiklerinin incelenmesinde 180 ısı haritası çizdirilip incelenmiştir. Birinci ve beşinci yıllar için incelenen sıcaklık değeri sonuçlarına göre, maksimum sıcaklık ve minimum sıcaklık değerleri arasındaki farkın granit tabakada daha az olduğu gözlemlenmiştir. Şarj sonrası ve deşarj sonrası bekleme dönemleri kıyaslandığında, şarj sonrası bekleme döneminde ortalama sıcaklık değişimi kil için 7,12 ℃, granit için 6,77 ℃, deşarj sonrası bekleme döneminde ortalama sıcaklık değişimi kil için 4,56 ℃, granit için 4,35 ℃ olarak hesaplanmıştır. Isı değiştiricisi derinliği arttıkça beklendiği üzere hem topraktan çekilen hem de toprağa verilen enerjilerin arttığı görülmüştür. Depo edilen enerji miktarı kuyu derinliği ile arttığı gözlenmiştir. Her üç sistemde de birim ısı değiştiricisi uzunluğunda çekilen veya alınan enerjiler çok yakın olmakla birlikte, granit tabakasında kalan derinliğin farklı olması nedeniyle küçük farklılıklar görülmektedir. Böylece kuyu derinliği arttıkça kullanılabilecek enerji miktarı da artmaktadır. Şarj edilmeyen durumda, toprağın bekleme döneminde dinlendirilmesine rağmen toprak sıcaklığı giderek düşeceği için topraktan çekilen enerjiler yıllar içinde azalmaktadır. Şarj edilen durumda ise, topraktan çekilen enerjiler analizler şarj periyodu ile başladığı için neredeyse sabit kalmıştır. Depolama verimi, toprağa verilen enerjinin ne kadarının kullanılabildiğini gösteren bir parametredir. Literatürde depolama verimi için farklı tanımlamalar ve denklemler kullanılmaktadır. Toprak kaynaklı ısı değiştiricisi sistemlerinde toprağı şarj etmek gerekmeksizin, sisteme toprak sıcaklığından daha düşük sıcaklıkla bir akışkan gönderilerek topraktan enerji çekmek mümkündür. her üç derinlikteki ısı değiştiricisi için de ilk çalışma yılında elde edilen depolama verimleri birbirine çok yakın değerlere sahiptir. Beş yıllık çalışma periyodunun sonunda 100 metre derinlikteki bir ısı değiştiricisinin depolama verimi %18'den %28,5'e, 50 metre derinlikteki bir ısı değiştiricisinin depolama verimi ise %17,5'ten %27'ye yükselmiştir. Hesaplanan değerler göz önünde bulundurulduğunda, 100 m derinlikli kuyu 2. yıldan itibaren özellikleri tanımlanan ev örneğinden 10 adet evin tamamı için gerekli olan ısıl enerji ihtiyacını sağlayabilmektedir. 5. yıl sonunda 75 m derinlikli kuyu kullanıldığı durumda bu 10 evin ihtiyacının %77,7 kadarını, 50 m derinlikli kuyu kullanıldığında ise %49,8 kadarnı karşılayabilmektedir.
Çanakkale'nin Biga ve Lapseki bölgesi özelinde kırsal alanlardaki troposferik ozon seviyelerinin değerlendirilmesi ve meteorolojik-fotokimyasal modellerin uygulanmasıyla dağılımının belirlenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-17) Sarı, Deniz ; İncecik, Salahattin ; 511112002 ; Atmosfer Bilimleri

Dünya genelinde büyük kentlerin yanı sıra kırsal alanlarda da partikül madde, karbon monoksit, azot dioksit, kükürt dioksit ve ozon gibi kirleticilere karşı kalınan maruziyet gün geçtikçe artmaktadır. Emisyon kaynaklarının bulundukları bölge dışında uzun mesafeli atmosferik taşınımları sonucunda yüzlerce kilometre uzaklıktaki alanları da etkileyebilmesi bu durumun sebeplerinden biri olarak tanımlanabilir. Kaynaklardan çıkan kirleticiler bu taşınım sırasında değişmeden atmosfere dağıldığı gibi fiziksel ve kimyasal mekanizmaların etkisiyle farklı kirleticilere de dönüşebilmektedir. Bu tarz dönüşümler sonucu meydana gelen ve ikincil bir kirletici olarak tanımlanan ozon, insan sağlığı, tarım ve ekosistemler üzerindeki zararlı etkileri nedeniyle karar vericilerin üzerinde durmasını ve gerekli önlemleri almasını gerektirecek bir gazdır. Tez çalışması kapsamında Türkiye'de Marmara Bölgesi'nin Biga Yarımadası'nın kuzey batısında yer alan Çanakkale'nin Biga ve Lapseki ilçelerindeki yüksek ozon konsantrasyonlarının oluşmasına neden olan atmosferik koşulların rolünü anlamak ve detaylı bir şekilde karakterize etmek için geri yörünge modeli, meteorolojik-fotokimyasal modelleri ve hava kalitesi ölçümlerini içeren bir hava kalitesi yönetim modeli kurgulanması hedeflenmiştir. Bu model ile kırsal bir alandaki ozon seviyelerinin tespiti ve kaynakların katkısının belirlenmesine yönelik bölgeye özgü bir yaklaşım geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yarımadanın dağlık, kırsal ve yarı-kentsel bölgelerinde üç yıl boyunca (2013-2015) izleme istasyonlarında ozon konsantrasyonları ölçülmüş ve elde edilen sonuçların geçmişte Akdeniz Havzası için yapılan benzer çalışmalar sonucunda üretilen değerlere yakın düzeylerde olduğu tespit edilmiştir. Bölgedeki en yüksek ozon değerleri emisyon kaynaklarından uzaktaki dağlık alanlarda ölçülmüştür. Dağlık alandaki yüzey ozonunun Temmuz'da büyük bir zirveyi ve Nisan'da ikincil bir zirveyi temsil ettiği gözlemlenmiştir. Kırsal alanda ölçülen saatlik yüzey ozon konsantrasyonların ise genellikle yarı kentsel bölgesinden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. İzleme noktalarında ölçülen yıllık ortalama ozon seviyeleri noktaların deniz seviyelerinden yükseklikleri ile karşılaştırıldığında r=0,67'lik bir uyum gözlenmektedir. Bölgedeki yüzey ozonu konsantrasyonları genellikle Temmuz-Ağustos aylarında maksimum seviyelere ulaşırken, Ekim-Aralık dönemlerinde ise minimum değerleri görmektedir. Biga Yarımadası'nda yıllık ortalama yüzey ozon konsantrasyonları 48-117 μg/m3, yaz dönemlerindeki aylık ortalamalar ise 78-187 μg/m3 arasında ölçülmüştür. Bölgede gerçekleştirilen ölçümler incelendiğinde ulusal sınır değerlerin aşıldığı tespit edilmiştir. Ayrıca yapılan AOT40 hesaplamaları sonucu, ozonun bölgedeki bitki ve ormanlar üzerinde zarar verici boyutta bir etkisinin olabileceğini göstermektedir. Hava kirleticilerinin oluşumu, taşınması ve dağılmasında meteorolojik koşullar önemli bir rol oynamaktadır. Bölgedeki ozon seviyelerinin meteorolojik koşullar ile ilişkisi incelediğinde özellikle sıcaklıkla arasında yüksek bir korelasyon (r=0,6) olduğu görülmektedir. Ozon konsantrasyonları ile bağıl nem değerleri arasında ise negatif bir korelasyon (r=-0,5) olduğu belirlenmiştir. Ayrıca yüzey ozonun oluşumuna yerel kaynakların yanı sıra bölgesel taşınımın da etkisinin olabileceği düşünülerek bölge için ozon gülleri hazırlanmıştır. Bölgedeki en yüksek ozon konsantrasyonlarının rüzgar akışının KD yönünden olduğunda meydana geldiği tespit edilmiştir. HYSPLIT modelinin kümeleme algoritması kullanılarak bölgeye gelen hava hareketleri belirlenmiş ve ana rotanın %44 ile Doğu Avrupa ve İstanbul üzerinden olduğu tespit edilmiştir. Toplamda hava hareketlerinin yaklaşık %72'sinin bölgeye kuzey yönlerden gelmekte olduğu ve bu hareketlerin gerçekleştiği dönemlerde yüksek ozon değerlerinin görüldüğü belirlenmiştir. Hava kütlelerinin kalan kısmı ise bölgeye güney yönünden, Akdeniz bölgesinden gelmekte olup; bu hareketlerin olduğu dönemlerdeki ozon seviyeleri genellikle daha düşüktür. Bölgede gerçekleştirilen hava kalitesi ölçümleri sonucunda 2013-2015 yılları arası için 5 episodik ozon dönemi tespit edilmiştir. Bu episodlar için WRF/HYSPLIT modeli kullanılarak yüksek ozon seviyelerinin gözlendiği bu dönemlerdeki hava hareketleri incelenmiş olup; tümünde hava kütlelerinin kuzeyden başka bir deyişle İstanbul, Batı Avrupa ve Doğu Rusya üzerinden geldiği belirlenmiştir. Episod dönemlerindeki meteorolojik koşulların tahmini için WRF ARW 3.8 modeli kullanılmıştır. Model belirlenen episodlar için sırasıyla 9 km, 3 km ve 1 km yatay çözünürlüğe sahip üç tek yönlü iç içe alan olarak yapılandırılmış ve çalıştırılmıştır. Üretilen sonuçlara göre 1. Episod döneminde yüksek basınç sistemi ve düşük rüzgar hızları hakimdir. 2. Episod ve 3. Episod da bölge üzerinde yüksek basınç sistemi hakim olurken; rüzgar hızları ise düşük-orta seviyelerdedir. Ayrıca 2. episod döneminde Etezyen rüzgarları bölgede hakim olup; öğleden sonraki saatlerde maksimuma ulaşır ve ozonun dağılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Model çıktılarına göre 4. ve 5. Episod da yüksek basınç sistemleri ve hafif rüzgarlar bölgede gözlenmektedir. Gerçekleştirilen model çalışmasının güvenilebilirliğini test etmek amacıyla 4 meteoroloji istasyonunun verileri kullanılarak karşılaştırmalar gerçekleştirilmiştir. Model doğrulama çalışmaları sonucunda hava sıcaklığının model tarafından başarılı bir şekilde tahmin edildiği belirlenmiştir (r=0,85). Bölgedeki ozonun taşınımı, dağılımı ve seviyesinin belirlenmesi amacıyla WRF-Chem fotokimyasal modeli kullanılmıştır. Simülasyonlar sonucunda bölgedeki ozonun ana kirletici kaynağının antropojenik emisyonlar olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca biyojenik emisyonların da ozon seviyeleri üzerindeki etkisinin göz ardı edilemeyecek seviyelerde olduğu belirlenmiştir. Bölgedeki biyojenik emisyonların katkısı günlük ortalamada yarı kentsel alan için %6-27 ve kırsal alan için ise %6-23 arasında değişmektedir. Episodlar kendi aralarında karşılaştırıldığında en düşük ozon seviyelerinin genellikle 4. Episod da görüldüğü belirlenmiştir. Bu durumun nedeni olarak episoddaki sıcaklıkların daha düşük seviyelerde; bağıl nem değerinin yüksek olması olabilir. Bölgedeki en yüksek ozon olayı ise 5. Episod gözlenmiştir. Bu durumun oluşmasında en önemli etkenlerin diğer dönemlere kıyasla yerel sirkülasyonların neden olduğu inversiyon, sıcaklıkların çok yüksek ve rüzgar hızlarının da düşük seyretmesi olduğu düşünülmektedir. WRF-Chem modeli sonuçları güvenirliklerinin test edilmesi amacıyla istatistiksel teknikler kullanılarak dört farklı hava kalitesi izleme istasyonunda gözlemlenen saatlik ozon ölçüm verileri ile karşılaştırılmıştır. Hesaplanan ozon konsantrasyonlarının tüm episodlardaki ve konumlardaki karşılaştırılmaları sonucunda uyum indisinin 0,5-0,8 arasında değiştiği hesaplanmıştır. Korelasyon katsayıları ise 0,2-0,9 aralığında hesaplanmıştır. Çalışma sonucunda meteorolojik ve fotokimyasal modeller kullanılarak elde edilen öngörülerin istenilen düzeyde güvenirliğe sahip olduğu düşünülmektedir. Tez çalışması kapsamında uygulanan model doğrultusunda kırsal alanlardaki ozonu etkileyen meteorolojik koşullar ile antropojenik ve biyojenik emisyon kaynaklarının katkıları belirlenmiştir. Geliştirilen bu yaklaşımın, farklı kırsal ve yarı kentsel alanlarda yapılacak hava kalitesi yönetimi çalışmalarına da fayda sağlayacağı düşünülmektedir. Ayrıca bu yaklaşım ile bölgede yer alan floranın da maruz kaldığı ozon seviyeleri belirlenmiş; ulusal standartlardaki sınır değerler ile karşılaştırılarak mevcut durumu ortaya konmuştur. Bu yaklaşım, ülkemizde benzer özellikler taşıyan ve özel öneme sahip kırsal alanlar içinde uygulanabilecek ve bu alanların korunmasına yönelik karar vericilere yol gösterecektir.
Çevresel performans odaklı adaptif cephe modülü için akıllı sistem tasarımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-03-05) Karakoç, Erhan ; Çağdaş, Gülen ; 523152009 ; Mimari Tasarımda Bilişim

Günümüz teknolojik gelişmeleri, binaların çevresiyle ile olan ilişkilerinin yeniden sorgulanmasını gerekli kılmaktadır. Binalar çevreleri ile ilişki kurarak kendilerini değişen şartlara göre adapte edebilme potansiyeline sahiptirler. Çevresine adapte olan binalar ve bileşenleri Adaptif Mimarlık yaklaşımı altında değerlendirilmektedir. Adaptasyonun binalar için vazgeçilmez bir unsur olduğu görülmektedir. Teknolojiye bağlı olarak gelişen günümüz mimarlık anlayışında, binalar çevrelerindeki değişimleri algılayıp bunları veriye çevirip, bu verileri yorumlayarak adapte olmaktadırlar. Akıllı binalar olarak nitelendirilen bu binalar çeşitli algılayıcı sistemleri ile donatılmışlardır. Bu algılayıcılar çevresel verilerin algılanıp, binanın veya bileşenin işleyici mekanizma tarafından değerlendirilmesi için aktarılmasını sağlamaktadır. Aktarılan bu veri çeşitli kontrol stratejileri ve karar verme süreçleri ile yorumlanmakta ve belirli durumlar için binanın adaptasyon sürecine katkı sağlayacak şekilde kullanılmaktadır. Tüm bu adaptasyon sürecinin esas amacı binanın performansına katkıda bulunmak ve bina kullanıcısının konfor koşullarını optimum seviyede tutmak olarak özetlenebilir. Bu sürecin en önemli parçası binaların ve bileşenlerinin yönetilmesini sağlayan kontrol stratejileri olarak nitelendirilebilir. Akıllı sistemler bir dizi karar verici sistemden oluşan kontrol stratejileri tarafından yönetilmektedir. Akıllı binalarda bu stratejiler, "beyin" adı verilen bina yönetim sistemleri aracılığıyla tek bir merkezden yürütülmektedir. Akıllı cephelerde ise bina yönetim sistemine ve prosedürüne bağlı olarak ya da dağıtık olarak yürütülebilmektedir. Cephelerin kontrol edilmesinde, dağıtık sistemlerin kullanılması mekana ve kullanıcıya özgü seçimler sunduğundan, merkezi sistemlere kıyasla bazı avantajlar sağlayabilmektedir. Aynı zamanda algılayıcıların, işleyicilerin, eyleyicilerin ve veri depolama araçlarının boyutlarının küçülmesi, maliyetlerinin düşmesi gibi etkenler de düşünüldüğünde, günümüz performans odaklı, adaptif ve akıllı cephelerinin kontrol mekanizmalarında dağıtık sistemler daha öne çıkmaktadır. Buna ek olarak adaptif ve akıllı cephelerin kontrol edilmesi sürecinde çeşitli çatışmalar ve parametrelerin hiyerarşik bir biçimde yönetilemediği durumlar da olabilmektedir. Bu çatışmaların sebepleri; bina kullanıcısı, çevresel ihtiyaçlar ve bina bileşenlerinin ihtiyaçlarının uyuşmazlıkları olarak özetlenebilir. Bu çatışmalar; bina kullanıcısı için uygun konfor koşullarının sağlanamamasına, cephenin bileşenlerinin hareket sayısının fazlalığına bağlı olarak malzeme yorulmalarına, enerji etkinliğinin sağlanamamasına sebep olabilmektedir.
Çukur yapıların yüzey sürtünme direncine olan etkilerinin hesaplamalı ve deneysel olarak incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-20) İlter, Yasin Kaan ; Ünal, Uğur Oral ; 508142006) ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği P

Tez çalışması kapsamında düz ve çukur yapılı levhalar üzerinde gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, tam gelişmiş türbülanslı akış kanalında gerçekleştirilmiştir. FTFC (Fully Turbulent Flow Channel) olarak isimlendirilmiş kanal sistemi Strathclyde Üniversitesi Kelvin Hidrodinamik Laboratuvarında yer almaktadır. Deneysel çalışmalar kapsamında basınç düşüşü ve akım görüntüleme ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar, nümerik çalışmalardan faydalanılarak, düşük Re_H sayılarında elde edilen etkilerin yüksek Re_H sayılarında da benzer olacağı kabulü ile, düzeltme katsayıları hesaplanarak yeniden hesaplanmıştır. Gelinen noktada basınç düşüşü ölçümlerinden yola çıkılarak hesaplanan direnç değişimlerinin düşük Re_H sayılarında nümerik çalışmalar ile benzerlik gösterdiği görülmektedir. Nümerik çalışma sonucunda en iyi sonuç veren D45_4 ve D60_3 vakaları, Re_H sayısının artması ile birlikte düzeltilmiş deneysel sonuçlara göre %20 oranlarına varan iyileştirme sergilemişlerdir. Bu sonuçlar literatürde yer alan öncül çalışmalar ile benzerlik göstermektedir. Kanal akışı fiziği gereği bu iyileştirme doğrudan direnç iyileştirmesi olarak değerlendirilmemelidir. Ancak deneysel çalışmaların nümerik çalışmalar ile uyum göstermesi, PIV ölçümleri neticesinde gözlemlenen akış alanlarının literatür ile benzerlik sergilemesi elde edilen sonuçların çukur yapıların potansiyelini ortaya koymaktadır. Yüksek Reynolds sayılarında bu etkilerin görülüyor olması, çukur yapıların su ortamında daha yüksek potansiyele sahip olabileceğini ve dolayısı ile denizcilik uygulamaları için önemli olabileceğini göstermektedir.
Darbeli detonasyon motoru (DDM) ile farklı konfigürasyonlarda detonasyon dalgası oluşturma

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-21) Bulut, Ali Cem ; Çakan, Murat ; Tunçer, Onur ; 301171034 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Darbeli patlatma, mevcut motor sistemlerinden daha verimli itki üretmek için yakıtın patlatılmasını içeren bir tahrik teknolojisidir. Teorik araştırma ve deneyler ile, tekno-lojisinin mekanik basitliği, termodinamik verimliliği sayesinde mevcut motor tiple-rinden daha verimli olduğu gösterilmiştir. Darbeli Detonasyon Motoru(DDM), yak-laşık olarak Mach 2.3'e kadar hızlarda karşılaştırılabilir. Ramjet motorlarından daha yüksek bir özgül itme ürettiğinden, çok aşamalı bir tahrik sisteminin parçası olarak kullanım için uygundur. DDM, bir ramjet veya scramjet motor için statik itme sağla-yabilir veya turbofan sistemleriyle birlikte çalışabilir. Bu nedenle, havacılık, uzay ve askeri endüstrilerin birçok sektöründe potansiyel uygulamalarda görülmektedir. Bu-nunla birlikte, DDM'nin pratik kullanımını görebilmesi için üstesinden gelinmesi gereken mühendislik zorlukları vardır. Patlama sürecini başlatmak, sürdürmek ve sürekli kılmak için mevcut yöntemlerin iyileştirilmesi gerekiyor. Bu amaçla, birçok kurum ve kuruluş bu gelişimi sağlamak için farklı süreçler geliştirdi. Farklı yakıt, tasarım, püskürtme, türbülans yöntemleri, patlama bölgesindeki boyutlar ve sıcaklık-lar gibi parametrelerle detonasyon dalgasını sürekli ve sabit kılmak üzerine çalışıyor-lar. Aynı şekilde buradaki araştırma ekibi de bu değişen tasarım kombinasyonlarını bizzat yerinde deneyerek aynı çalıştaya katkı yapmayı hedefliyor. Detonasyon dalga-sını üretmek ve stabil kılmak için en uygun tasarımı ve parametreleri bulmak için gereken deneysel çalışmaları yapıldı. Sonuç olarak, çoğu test vakasında arka çekir-dek-gövde basıncı bilinmiyordu. Basınç ölçümünün belirsizliğine teorik olarak kavi-tasyon ve keskin kenar yaklaşımı ile yaklaşılsa da enerji kaybı ve farklı hızlarda ve sıcaklıklarda hazne dolumu gibi değişkenler nedeniyle farklı belirsizliklerle basınç ölçümüne neden olabilirdi. Enjektörlerde oluşan basınç ve enerji kayıpları ve enjek-tördeki yakıtın homojenliği tam olarak bilinmemektedir. Normal tasarım koşulları, 350 -500 mm boru boyları, 200 mm yay uzunluğu, 10, 20,25 mm yay adımları, 2, 2,5 yay tel kalınlıkları, farklı aralık tasarımları ve farklı aralık mesafelerine sahip dik-dörtgen 4 veya 5 engel, 2- 5 mm^2 dikdörtgen geçiş alanları, 0-200 °C sıcaklık fark-ları, farklı püskürtme stilleri ve ince delikli ve araç enjektörleri gibi farklı enjektör tasarımları, hidrojen ve kerosen gibi farklı yakıt kullanımı, farklı basınç sensörü ko-numlandırma, 0,5-3 stokiyometrik oranlarda, 1 - 12 bar basınçlı yakıt ve oksitleyici, 0 - 5 sn tutuşma süreleri arasında farklı kombinasyonlar üretilerek testler yapılmıştır. Patlama dalgası oluşumu 350 mm uzunluğunda, 10 mm çapında, 1/3 parçada 2 mm et kalınlığında, 10 mm hatve yayı geometrik koşullarında, oda sıcaklığında, stokiyo-metrik oran 1.1, 5 g/s hidrojen ve 40 g/s'de en güçlüdür. s Akış hızlarında ateşlenerek oksijen gazı elde edilmiştir. Güçlü patlama dalgaları olarak değerlendirilen sonuçlar-da 14 bar basınç ve 3266 m/s hız elde edilmiştir.

Gözat

Sustainable Development Goal "Goal 7: Affordable and Clean Energy" ile Tezler'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri