FBE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Başlık ile FBE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
Öge2 Renkli Pirometre Kurulumu Ve Işınımsal Kalibrasyon Hücresi Tasarımı(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-12-25) Erdem, Kaan ; Kılıç, Abdurrahman ; 439517 ; Isı Akışkan ; Head and Fluids2 renkli pirometre, temassız sıcaklık tespitinde kullanılan, radyasyon, optik yasalarına ve cisimlerin yayınırlık katsayılarına dayanan optik bir ölçüm cihazı olup hedef objenin yüzeyinden iki farklı dalga boyunda ölçülen monokromatik ışınım sinyallerinin oranı yardımı ile sıcaklık ölçümü gerçekleştirilmesi temeline dayanır. Gazlaştırma ve yanma işlemlerinde pirometre kullanımı, hareket halinde küçük objeleri ölçebilme kabiliyetinden ötürü oldukça yaygındır. Hareket halinde veya durgun katı yakıt parçacıklarının tek tek yüzey sıcaklıklarının ölçülüp, pirometrik yarıçaplarının (sabit yayınırlık ve küresel şekil kabulü) hesaplanması amacıyla pirometre cihazının kurulumu gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon halindeki katı yakıt parçacığının yüzeyinden neşredilen ışınım, bir optik düzenek (lensler, optik fiber, ve filtreler) yardımı ile algılanıp filtrelenir. Dürbün prensibi ile çalışan bir optik prob aracılığı ile sinyal optik probun öbür ucuna sabitlenen optik fiber girişine odaklanır. Daha sonra optik fiber, ana ve referans olmak üzere iki kanala ayrılır. Referans kanalında sinyal, lensler yardımı ile kızılötesi dalgaboyunda çalışan foto algılayıcıya iletilir. Ana kanala ulaşan sinyalin ise bir kısmı görünen (kırmızı) dalgaboyunu hissetme yetisi olan foto algılayıcıya yansıtılırken sinyalin geri kalanı yine kızılötesi bir foto algılayıcıya yansıtılmadan iletilir. Foto algılayıcılara varmadan sinyaller filtre elemanları ile belli ve dar dalgaboylarında filtrelenir. Filtreleme sonrasında ışınım değerleri silikon foto algılayıcılarda algılanır ve elektrik sinyalleri üretilir. Bu elektrik sinyalleri çok küçük büyüklüklerde olduklarından, üretilen bu elektrik sinyalleri ölçüm kolaylığı için kuvvetlendirilir. Kuvvetlendirilen bu sinyaller analog formdan, dijital formda çevrilerek bilgisayara aktarılır. Bilgisayarda ise ölçümler Lab-view 9.0 programında geliştirilen yazılım yardımı ile sonuçlar kayıt edilir ve elde edilen veriler amaca yönelik olarak işlenir. Kurulumu tamamlandıktan sonra, uygulamaya konmadan önce pirometre cihazının kalibre edilmesi gerekmektedir. Bu sebepten pirometre cihazı siyah cisim ısı kaynağına karşı 800-1200°C arasında kalibre edilmiştir. Bu işlem 50°C artmak koşuluyla her sıcaklıkta beşer kere tekrarlanıp, kabul edilir küçüklükte sapmalarla elde edilen ortalama veriler sıcaklık tespitinde kullanılmıştır. Siyah cisim ısı kaynağı limitli sıcaklıklarda referans değerler sağladığından 1200°C üstü sıcaklıklar için kalibrasyon eğrisi Wien yasası kullanılarak ekstrapole edilmiştir. Yüksek sıcaklıklarda daha kesin veriler elde etmek adına ticari metodlar incelenmiştir. Bu tip uygulamalarda en sık kullanılan, önceden kalibre edilmiş tungsten filament lambasının üretimi durduruluğu için yeni bir yöntem geliştirme yoluna gidilmiştir. Siyah cisim kapasitesinin yetmediği yüksek sıcaklarda daha doğru sonuçlar almak adına ince bir tungsten levhanın elektriksel ısıtılmasına dayalı yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemde enstitü dahilinde mevcut ve kullanıma hazır olan kapalı bir elektrot sisteminden yararlanılmıştır. Elektrotlar arasına yerleştirilen ince tungsten levha elektrik ile ısıtılıp yüzeyinin yüksek sıcaklıklara çıkması sağlanmıştır. İstenmeyen reaksiyonların önüne geçmek için sistem, deneyler esnasında bir inert gaz olan Argon gazı ile doldurulmuştur. Bir diğer yandan da C tipi termokapıl ile levhanın alt tarafından yüzey sıcaklığına bağlı olarak voltaj değerleri okunup, okunan bu değerlerin sıcaklık olarak karşılıkları C tipi termokapıla ait referans tablosundan elde edilmiştir. Sinyal iletim kayıplarını önlemek için de kompensazyon kablosu kullanılmıştır. Yeni geliştirilen bu yöntemin sonuçları ile siyah cisim kalibrasyon çizgileri aynı trende sahip olmalarına rağmen birbirleri ile yeterli tutarlık göstermemiştir. Bu duruma sebep olarak görüş açısı, yayınırlık katsayısı gibi faktörlerin yanında Argon gazının yarattığı soğutma etkisi ve en önemli olarak eski ve zayıf thermokapıl bağlantıları düşünülmüştür. Ayrıca uzun deney zamanlarında tungsten buharlaşması meydana gelmiştir. Bu durum levhanın kesitinin daralmasına ve aynı koşullarda farklı sonuçlar alınmasına yol açmıştır. Bu problem tungsten levhanın belirli zaman aralıklarında değiştirilmesi ile ortadan kaldırılabilmiştir. Zaman kısıtlaması olduğundan siyah cisim kalibrasyonundan ve Wien yasası ile yürütülen ektrapolasyondan elde edilen değerler ile deneyler gerçekleştirerek cihazın uygulanabilirliği, verdiği sonuçların güvenilirliği ve tutarlılığının test edilmesi amaçlanmıştır. Yeni geliştirilen metod hala geçerli bir yöntemdir. Gerekli iyileştirmeler yapılarak yöntemin daha da geliştirilmesi ve yüksek sıcaklıklarda kalibrasyon uygulamalarında kullanılması mümkündür. Deneyler enstitüye ait sürüklemeli akış yanma reaktöründe gerçekleştirilmiştir. Set sıcaklığı her zaman 1100°C olarak ayarlanmış olup yakıt olarak Caliro tipi saman taneleri kullanılmıştır. Reaktör üzerinde mevcut özel gözlem pencerelerinden pirometre ile yanmakta olan taneler izlenmiştir. Pirometrenin, taneleri rahatlıkla tanıyabilmesi için reaktör penceresinin karşının soğuk arka plan olmasına dikkat edilmiştir. Gözlenen ve yanan katı yakıt tanelerinden alınan sinyaller bilgisayar programında değerlendirilmiştir. Alınan sinyal değerleri yardımı ile, önceden elde edilen kalibrasyon eğrileri üzerinde iteratif yöntemler uygulayarak katı yakıt tanelerinin yüzey sıcaklıkları ölçülmüş, daha sonra bu ölçülen yüzey sıcaklıkları uygun denklemlerde yerine konarak tam küresel çaplı tanecik ve sabit yayınırlık kabulu ile tanelerin pirometrik boyutları hesaplanmıştır. Her foto algılayıcıya ait sinyal grafiklerinde, yanmakta olan tanenin gözlenmesi anında meydana gelen tepe noktaların zaman düzleminde yerlerini temel alan kriterler yardımı ile hatalı ölçümlerin olabildiğince aza indirgenmesi hedeflenmiştir. Pirometre cihazı ile hava/yakıt oranı, gözlem penceresi yüksekliği, reaktör filtresinin temizliği, katı yakıta sülfür ve Kaolin ilavesi gibi etkenlerin, tanelerin yüzey sıcaklıkları ve pirometrik çapları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Hava yakıt oranı, reaktörün optimum değerine yaklaştıkça tanelerin ortalama sıcaklık dağılımında artış görünürken ortalama pirometrik çap değerleri azalmakta ve bu durum yanma işleminin iyileştiğini göstermektedir. Ayrıca farklı tarihlerde ama aynı koşullarda yapılan deney sonuçları pirometre cihazının tutarlı ve tekrarlanabilir sonuçlar sağladığını kanıtlamıştır. Gözlem penceresinin yüksekliğinin değiştirilmesi yanma işleminin farklı aşamaları hakkında fikir verirken, reaktör filtresinin temizlenmesi ile tespit edilen yanan tane sayısında artış meydana gelmiştir. Katı saman yakıtına sülfür eklenmesi önemli değişiklere yol açmazken, Kaolin ilavesi sonucu tespit edilen tanecik sayısı iki katına çıkmış, ortalama pirometrik çap büyük ölçüde azalmış ve ortalama yüzey sıcaklığı artmıştır. Bu durum pirometrenin Kaolin tanelerini de saman tanesi olarak tespit etmesi ile açıklanabilmektedir. Yapılan deneyler pirometre cihazının uygulanabilir olduğunu göstermiş ve ayrıca reaktör çalışma koşullarının daha uygun biçimde düzenlenmesine de fayda sağlamıştır. Bu proje, bazı ek çalışmalarla desteklenebilir ve geliştirilebilir. Yanma sonu gazları ve yanma öncesi saman taneciklerinin laboratuvar analizleri, sonuçların değerlendirilmesi büyük fayda sağlayacaktır. Ayrıca analog-dijital dönüştürücünün 1500-1600°C üstünde doyuma ulaşması daha yüksek sıcaklıklarda ölçüm yapılmasını mümkün kılamamaktadır. Bu sorun, foto algılayıcıların öncül sinyal büyütme oranları küçültülerek giderilebilir. Bu durumda kalibrasyon işlemi en baştan tekrarlanmalıdır. Yeni geliştirilen kalibrasyon metodu daha iyi sistem elemanları kullanılarak yüksek sıcaklıklarda güvenilir ve net veriler sağlayabilir. Pirometre, uzun deney saatleri sonucunda ısınmakta ve bu da foto algılayıcıların hassasiyetini etkileyip yanlış sonuçlar elde edilmesine yol açmaktadır. Bu etki de bir fan soğutma sistemi ilavesi ile kolaylıkla giderilebilir. Sonuç olarak pirometre kurulumu yapılmış ve siyah cisim ısı kaynağında kalibrasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra yüksek sıcaklıklarda, elde edilmiş olan kalibrasyon değerleri ekstrapole edilmiştir. Kalibre edilmiş pirometre başarılı bir şekilde uygulamaya konarak ölçümler alınmış ve bu ölçümler sonucu yanma işlemi hakkında değerli sonuçlar elde edilmiştir. Biyokütle yakıtlarının yanma kinetikleri hakkında aydınlatıcı veriler sağlamıştır. Ayrıca reaktör çalışması hakkında yardımcı bilgi sağlanarak (örn. düzensiz yakıt besleme) cihazın uygulanabilirliği kontrol edilmiştir. Bu projenin genel amacı pirometre kalibrasyonuna ek olarak cihazın güvenilirliğinin ve ölçüm sonuçlarının tekrar gerçekleştirilebilirliğinin test edilmesi olmuştur.
-
Öge4 Silindirli Dizel Motor İçin Türbin Seçim Çalışması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-08-12) Özbek, Fatma ; Ergeneman, Metin Ahmet ; 10010444 ; Isı Akışkan ; Head and FluidsVerimi yüksek fakat düşük yakıt tüketimine sahip çevreci motorlar pazarda talep görmektedir. Yakıt maliyetlerinin yüksekliği, doğanın emisyonlar ile gördüğü zararı en aza indirebilmenin yöntemlerinin araştırılması, gücü yüksek fakat yakıt tüketimi buna nazaran oldukça düşük motorların geliştirilmesi için çalışılmaktadır. Motorlu taşıtların hızla artması doğayı tehtid eder seviyelere gelmiştir. Bu konuda tüm toplumların üzerine düşen görevi fazlası ile yerine getirebilmek için araştırma ve geliştirme projelerini desteklemeleri çok önemlidir. Projelere bakıldığında ise son dönemlerde değinilen en önemli nokta kompresor ve turbin sistemleridir. Düşük emisyon değerlerini sağlayabilen yeni nesil motorların turbin sistemleri ile verimliliği arttırılarak taleplere cevap verilebilmektedir. Motordan elde edilecek verimin analizini gerçek ortamlarda test etmek zaman ve para kaybına yol açarak çeşitliliğin denenmasini engellemeye neden olur. Buna karşılık bilgisayar ortamında düşük maliyetler ile denemelerin yapılması oldukça yüksek oranda kolaylık sağlamaktadır. Günümüzde bir boyutlu simulasyon teknikleri ile yeni nesil motorlarda optimizasyon yolları araştırılmaktadır. Bir motor üzerinde bir çok çeşit turbin denenmesine olanak sağlayarak işlemleri hızlandırmakta ve yeni fikirlerin doğmasına faydalı olmaktadır. En çok kullanılan simulasyon programları olarak karşımıza AVL Boost, Ricardo Wave ve Gamma Tecnologies firmalarına ait ürünler çıkmaktadır. Bu programlar bir boyutlu olarak motorun modellenmesine ve performans analizlerinin yapılmasına yardım etmektedir. Daha yetenekli motorlar, daha büyük bir pazar ve rekabet getirmektedir. Bu tez kapsamında aşırı doldurmalı Diesel motorda modelleme, kalibrasyon ve turbin seçim simulasyonları için bir boyutlu motor modelleme programı olarak Ricardo Wave kullanılmış ve 8.3 versiyonunda uygulamalar yapılmıştır. Bu simulasyon sistemleri herhangi bir durum için motorun gösterdiği performansı ortaya koyabilmek adına tasarlanmıştır. Tork, debi, yakıt tüketimi ve güç gibi çıktılar sağlamaktadır. Design aşamasında motor parametrelerinin tanımlanmasını sağlamaktadır. Programın temeli br boyutlu Navier-Stokes denklemleri kullanımını içermektedir. Kütle, ısı ve momentum transfer denklemlerinin bir boyutlu olarak çözümünü kullanmaktadır. Bu method, skaler büyüklükleri küçük volumetrik kesitlerde çözerek ilerlemektedir. Zaman adımlı çözümler ile büyük parçaları küçük bölümlere ayırarak model doğruluğunu arttırmaktadır. Her bağlantı parçası matematik modelleri, basınç, sıcaklık, debi ve sürtünme gibi fiziksel veriler ile bütünleştirmektedir. Bir çok borunun bağlanması ile oluşan sistemler içerdiğinden, boru parçalarında daralma kayıplarını, yüzey sürtünme kayıplarını, geometric ve sistem elemanlarından kaynaklı akış kayıplarını çözer. Borularda basınç düşüşlerini, ısı transferlerini duvarlardaki termal çözümleri tanımlar. Yanma ve emisyonlar olarak ise, yanmamış yakıt ve havanın silindir içerisinde kimyasal tepkimeler ile ortaya çıkardığı enerjiyi tanımlar. Silindirde yanma prosesinde hava yakıt oranın düzenlemesi ile homojen bir yanma sağlar. Turbin ve kompresor performansı da ayrıca modellenmektedir. Kompresor ve turbin haritaları bir çok data noktasının perfornans değerleridir. Her biri hız, basınç değeri, debi ve termodinamik verimlilik değerlerini tanımlayan operasyon şartlarını içerir. 1D modelleme teorisine uygun olarak farklı parametrelerde ve şartlardaki performansları gösteren dinamometre datalarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu datalara paralel olarak motorun simulasyon doğruluğu kontrol edilir. Bu tez kapsamında motor modeli olarak 4 silindirli diesel motor ile sabit geometrili turbin kullanılmıştır. Bir boyutlu olarak giriş, sıkıştırma, güç ve egzoz sistemleri oluşturularak motor simule edilmiştir. Motor silindir girdileri olarak, motor tipi, silindir adedi, ateşleme sıralaması bir döngü için strok sayısı, silindir strk, çap, ve sıkıştırma oranı, krank kol uzunluğu değerleri modelde tanımlanmıştır. Valf girdileri olarak ise, valf çapı, açıklığı, akış katsayıları ve valf zamanlaması modelde tanımlanmıştır. Boru girdileri olarak, borunun uzunluğu, giriş çıkış çapı, yüzey pürüzlülüğü, ısı transfer parametreleri, ısı transfer ve sürtünme katsayıları çapı ve borunun yön değişimi tanımlanmıştır. Duvar sıcaklığı, ilk şartlar, basınç düşüş katsayısı, ayrıklaştırma uzunluğu tanımlanmıştır. Bu tezde, 4-silindirli dizel motor modeli oluşturulmuş ve dinamometre datalarına göre korelasyonu sağlanmıştır. Model kurulumundan sonra, tam yükte korelasyonu gerçekleştirilmiştir. 1D motor model korelasyonu tüm sistemin doğrulaması anlamına gelmektedir. Bu sistem içerisinde üç ana korelasyon adımı bulunmaktadır. Bunlar hava giriş sistem korelasyonu, egzoz sistem ve ana motor korelasyonudur. Her bir alt sistemin kendi içerisinde doğrulanması gerekir. Hava giriş sistem korelasyonunda, atmosferden hava girişinin başlangıcından motorda girşi manifoldu ölçüm noktasına kadar olan bölgenin kontrolu yapılmıştır. Kompresor giriş sıcaklığı ve hava debisi kullanılmıştır. Bu sistemdeki basıç düşüşünün dinamometre verisi ile uygunluğu sağlanmıştır. Bir diğer alt sistem olarak egzoz sistem korelasyonu sağlanmıştır. Bir daraltıcı veya valf eklenerek, egzoz geri basıncı dinamometre datasına uygun olacak seviyeye gelecek şekilde ayarlanmıştır. Girişteki sıcaklık ve debi, çıkıştaki atmosfer basınç ve sıcaklık değerleri girilmiştir. Daraltıcı sıkılıp gevşetilerek dinamometre ile aynı basınç düşüşü elde edilmeye çalışılmıştır. Diğer bölge ise kompresor çıkışında giriş manifolda kadar olan alt sistemi içermektedir. Giriş manifold basıncı ve sıcaklığı dinamometre ile aynı basınç düşüşünü elde edecek şekilde tanımlanmıştır. Bunun sağlanması ise IC sürtünme katsayısının hava debisi ile ayarlanmasına karşılık oluşmuştur. Baz motor korelasyonu giriş manifoldu, silindirler ve egzoz manifoldu kısımlarını içermektedir. Giriş ve egzoz sistem korelasyonlarının dinamometre datalarına paralel olarak gerçekleştirilmesinden sonra, baz motor korelasyonu yapılmıştır. Motorda silindir şartları, valf ve motor geometrisi uygun ise debinin dinamometre verisi ile paralel olması gerekir. Yanma modeli bu bölümde doğru korelasyon üzerinde etki göstermektedir. Son olarak tam model korealasyonu yapılmıştır. Toplam sistem bu adımda simule edilmiştir. İki adet kontrol mekanizması kullanılmıştır. Biri, enjeksiyon başlangıcını değiştirerek hedeflenen en yüksek yanma basıncı elde edilecen diğeri ise turbin hava kaçış açıklığını değiştirerek hedeflenen boost basıncını kontrol eden mekanizmadır. Tüm model dinamometre datalarına göre korele edildikten sonra, tam yükte sonuçları değerlendirilmiştir. Bu sonuçlara göre, BSFC, tork ve güç hata bantları içeresindedir. Ayrıca, hava debisi, hava yakıt oranı, yakıt debisi dinamometreye göre uyumlu sonuçlar vermiştir. Kompresor giriş-çıkış basıncı ve değerleri de tolerans bandı içerisindedir. Türbin giriş sıcaklığı da +50 limit değerlerindedir. Tam yükte motorun kalibre olduğu sonuçlara göre de uygun bulunmasının ardından, bu defa farklı türbinler kulanılarak tam yük noktalarında BSFC değerleri karşılaştırılmıştır. Tam yük noktalarında BSFC değerlerinin karşılaştırılması yapılarak turbin seçimi incelenmiştir. 4 farklı boyutta türbin haritası, her biri için aynı kompresor haritası ile kullanılmıştır. Pompalama kaybını dinamometreye göre daha düşük sağlamak amacı ile yeni türbinler daha büyük seçilmiştir. Sonuç olarak aynı hava yakıt oranında daha düşük BSFC sağlamak mümkün olmuştur. Map 2 ve Map 3 boyut olarak diğer türbinler arasında en büyükleridir. Büyük türbinler türbin giriş basıncını düşürerek BSFC ve pompalama basıncına etki etmektedir. Bu türbinler ile en düşük BSFC değerleri sağlanabilmiştir. Fakat, büyük türbin daha düşük pompalama kayıpları sağlamasına rağmen, düşük motor hızlarında hedeflenen tork değerini tutturamamaktadır. Map 1 ve Map 4 türbinlerinin sonuçları dinamotreye göre daha düşük BSFC göstermesine karşılık, 1000-1250 rpm gbi düşük devirlerde tork düşüşüne maruz bırakmamıştır. Bu turbinler boyut olarak Map 2 ve Map 3 den daha küçüktür. Büyük türbinlerin olumsuzluklarını ortaya koyan bu değerlendirme nedeni ile Map 2 ve Map 3 ile çalışmaya devam edilmemesi kararı alınmıştır. Elde edilen verilerin kısmi yükteki sonuçlar ile uygunluğuna bakılmıştır. Geri kalan iki türbin arasındaki farklılıkları ortaya koyabilmek amacı ile kısmi yük performansı çalışması yapılmıştır. İlk olarak orjinal modelin kısmi yük dinamometre verilerine göre korelasyonu gerçekleştirilmiştir. Emisyon değerleri açısından NEDC döngüsüne göre en önemli part load noktalarının dinamometre verileri kullanılmıştır. Karşılaştırma değerlendirmesinde ise üç ayrı kontrol sistemi kullanılmıştır. Bunlardan birincisi EGR valve genişliğini değiştirerek hedeflenen gücü elde etmeyi sağlayan kontrol mekanizmasıdır. İkincisi, SOI değerlerini değiştirerek hedeflenen en yüksek basınç değerini elde etmeye çalışan kontrol mekanizmasıdır. Sonuncusu ise türbin gaz kaçış açıklığını değiştirerek hedeflenen EGR oranını elde etmeye yarayan kontrol sistemidir. Bu kontrol mekanizmalarının çalışması sonucunda ise aynı hava yakıt oranı, silindir içi en yüksek basınç, güç, ve EGR oranları kullanılarak, iki türbinin kısmi yükte BSFC sonuçlarına bakılmıştır. Sonuç olarak Map 4 hem tam yükte hem de kısmi yükte Map 1’a göre az oranda da olsa daha düşük pompalama kaybı ortaya koymuştur. BSFC açısından karşılaştırıldığında ise Map 4 diğer türbine göre daha düşük BSFC değerleri sağlamıştır. Dolayısı ile turbin seçim çalışmasında en uygun türbin olarak Map 4 seçilmiştir. Bu çalışma optimum geometriye sahip bir turbinin hem pompalama kayıpları olarak hem de istenen tork değerlerine yüksek ve düşük motor hızlarında erişebilmek için gerekli olduğunu ortaya koymuştur. Türbin büyüklüklerin karşılaştırılması aşamasında BSFC ve pompalama kayıpları açısından tam yük korelasyonu belli bir değerlendirme sunarken, kısmi yüklerdeki çalışmaların incelenmesi ile daha detaylı ve daha iyi bir seçim yapılma şansı bulunabilmektedir. Türbin boyutlarının optimizasyonu en önemli kriter olmuştur. En büyük türbin en düşük BSFC ve pompalama kayılarını yüksek hızlarda sağlayabilirken düşük hızlarda ortaya koymuş olduğu düşük tork değerleri istenilen gücü elde edemeyeceğimizi göstermiştir. En büyük türbin ile çalışmanın doğru olmadığını görmemizi sağlamıştır. Ortalama boyutlarda türbin ise düşük yüklerde de istenilen tork değerini sağladığından ve BSFC değerlerini de orjinal türbine oranla düşürdüğünden optimum çalışma fırsatı verebilecek türbin olarak değerlendirilmiştir.
-
Öge90° Dönüşlü Kanal İçi Akışta Sınır Tabakası Bariyeri Etkisinin Sayısal Akışkanlar Dinamiği(sad) İle İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-02-17) Tekin, Hakan ; Kavurmacıoğlu, Levent Ali ; Isı Akışkan ; Head and FluidsGaz türbinlerinin verimlerini iyileştirme çalışmaları, türbomakina dünyasında ilgi çekici bir konudur. Gaz türbini çevrimlerinin mevcut verimlerinin arttırılması için üç temel yöntem kullanılmaktadır; türbin giriş sıcaklığının arttırılması, basınç kayıplarının kontrol edilmesi ve ortamdan alınan havanın soğutulması. Türbin çevrimlerine uygulaması yapılan bu üç iyileştirme yöntemi de, avantajlarını ve dezavantajlarını birlikte getirmektedir. Bu nedenle; verim seviyelerinde net bir iyileştirme yapabilmek için, uygulanan iyileştirme yöntemlerinde optimizasyon yapılması ihtiyacı doğmaktadır. Yapılan bu tez çalışmasında; gaz türbini pasajlarındaki cidarlara eklenen sınır tabakası bariyerlerinin etkileri çalışılmıştır. Gaz türbini pasajlarının cidarları üzerine sınır tabakası bariyerlerinin eklenmesi, basınç kayıplarının kontrolü için sıkça başvurulan bir yöntemdir. Gas türbini kanatları arasındaki akışın karmaşık yapısının etkisini azaltabilmek için; yapılan literatür araştırmalarının neticesinde, model akış olarak, 90° dönüşlü kanal içi akış seçilmiştir. Sınır tabakası bariyerlerinin etkilerinin incelenmesi için Sayısal Akışkanlar Dinamiği(SAD) ile analiz tercih edilmiştir. Daha önce deneysel olarak da çalışılmış olan, 90° dönüşlü kanal içerisindeki tam türbülanslı akış, bir SAD paket programı olan FLUENT ile çözülmüştür. Akış alanı içerisine eklenen sınır tabakası bariyerlerinin etkileri analiz edilmiştir. Sınır tabakası bariyerlerinin boyutlarındaki değişim ile gelen avantajlar ve dezavantajlar üzerinde bir optimizasyon çalışması yürütülmüştür. Türbülanslı akışın çözülebilmesi için, RNG k-ϵ türbülans modeli tercih edilmiştir. Akışı sınırlayan duvarların akış üzerindeki etkilerinin incelenmesi için, geliştirilmiş duvar işlemlerine başvurulmuştur. Analiz neticesinde elde edilen sonuçların doğruluğu, daha önce deneysel olarak yapılan çalışmanın sonuçları ile karışılaştırılarak kontrol edilmiştir. Karşılaştırma neticesinde doğruluğu ispatlanan SAD ile analiz yöntemi; basınç kayıplarının sınır tabakası bariyerleri ile kontrol edilmesindeki optimizasyon çalışmaları için; doğru, hızlı ve ekonomik bir yöntem olarak ortaya konulmuştur.
-
ÖgeAğır Kamyon Geometrisinin Ve Aksesuarlarının Aerodinamik Tasarım Ve Optimizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011-02-07) Şelenbaş, Buğra ; Güneş, Hasan ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBu çalışmada, sıfırdan tasarlanan gerçek bir ağır kamyon geometrisinin ve aksesuarlarının kabin üzerindeki sürükleme kuvvetini azaltma amacıyla aerodinamik tasarım ve optimizasyonu yapılmıştır. Yapı aerodinamiğine benzer olarak ağır kamyon dış aeodinamik yapısında basınç kuvvetlerini azaltıcı yönde şekil optimizasyonları yapılmıştır. Kabin aksesuarları optimizasyon çalışmalarında ise özellikle yan deflektörler, aynalar ve güneşlik parçaları üzerinde çalışılmış ve sürüklenme kuvvetini azaltıcı yönde optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Çalışmalar bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği paket programı ile yapılmış olup sayısal sonuçları doğrulamak amacıyla rüzgar tüneli testleri yapılmıştır. Testlerde 1/5 ölçekli kamyon modeli kullanılmış olup farklı tünel hızlarında sırasıyla aerodinamik kuvvet ölçümleri, basınç ölçümleri ve akış görüntüleme testleri (duman testi, iplikçik testi ve yağ testi) yapılmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar ile CFD sonuçları karşılaştırılarak temel akım karakteristikleri (akım ayrılmaları, statik basınç ölçümleri, sürükleme katsayısı) incelenmiştir. Gerçek kamyon modeli ile yapılan CFD çalışmalarına ek olarak kabin aksesuarlarının ( yan deflektörler, aynalar vb.) optimizasyonu için bir jenerik kamyon modeli oluşturulmuş ve çok sayıda analiz yapılarak bu aksesuarların optimizasyonu yapılmıştır.Bununla beraber, ayna optimizasyonu için iki boyutlu kesit analizleri yapılmış ve optimum ayna kesitleri elde edilmiştir.
-
ÖgeAğır ticari bir araçta kabin yapısının aerodinamik direnç üzerindeki etkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-02) Aktaş, Cemal Dinçer ; Kavurmacıoğlu, Levent Ali ; 503191106 ; Isı AkışkanÇalışmada ağır ticari bir aracın aerodinamik karakteristiğinin incelenmesi ve geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla yapılacak HAD analizlerinde Ford Otosan tarafından geliştirilip üretilen ve 2016 yılında yollara çıkan Ford F-max aracı kullanılmıştır. Ford F-max aracı için detaylı bir geometrik model oluşturulmuş ve kalite parametrelerine uygun sayısal ağ yapısı örülmüştür. Aracın aerodinamik özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla burunlu kamyon kavramı ele alınmıştır. Mevcut araç kabinin uzatılarak burunlu kamyon tasarımının elde edilebileceği 3 farklı kabin oluşturulmuştur. Burada araç üzerinde yapılacak değişikliklere farklı kabinlerin vereceği cevaplarında incelenmesi hedeflenmiştir. İncelenen farklı araç kabinlerinden ilki referans modeldir. İkincisinde, aracın ön camı dikleştirilmiştir, sonuncusunda ise aracın ön camı dikleştirilirken ve A-sütununda da kavisli bir yapı incelenmiştir. Kabin üzerinde köklü değişiklikler yapılsa da üç farklı kabin için HAD analizleri neticesinde elde edilen CD değerlerine bu değişiklikler yansımamıştır.
-
ÖgeAkdeniz iklim bölgesi için enerji etkin bina kabuğu tasarımında yenilikçi pasif yaklaşımlar(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-09-11) Yörük, Burhan ; Arısoy, Ahmet ; 503121133 ; Isı Akışkan ; Heat and FluidsTürkiye'de binalar 263 milyar kWh enerji ihtiyacı ile toplam enerji tüketiminin %30'undan sorumludur. Türkiye kullandığı doğalgaz ve petrolün neredeyse tamamını ithal ettiği için, binalardaki enerji tüketiminin büyük bir kısmından sorumlu olan ısıtma ve soğutma enerjisi ihtiyaçlarının azaltılması gerekliliği yadsınamaz. Bu tez çalışmasında, soğutma ağırlıklı Akdeniz ikliminde bulunan bir binada uygulanacak pasif önlemler ile binanın enerji ihtiyacının düşürülmesine yönelik analizler yapılmıştır. Bu pasif önlemler, bina kabuğunun en önemli bileşenleri olan duvarlar ve pencereler ile sınırlandırılmış ve iklimlendirme sistemleri çalışmaya dahil edilmemiştir. Ayrıca döşeme ve çatı adyabatik olarak kabul edilmiş ve binadaki ısı kaybının ve kazancının sadece çalışma kapsamında yer alan duvarlar ve pencerelerden (dış kabuktan) gerçekleşmesi sağlanmıştır. İnsan, aydınlatma ve cihaz kaynaklı iç yükler de aynı düşünce ile dikkate alınmamıştır. Dolayısıyla bina enerji ihtiyacında meydana gelebilecek herhangi bir değişiklik doğrudan incelenen parametre ile ilişkilendirilebilmiştir. Çalışmada sayısal çözümlemeler, günümüzde enerji analizinde sıkça kullanılan EnergyPlus programı ile yapılmıştır. 3 boyutlu bina modeli SketchUp programı kullanılarak oluşturulmuştur. Bina konstrüksiyon ayrıntıları, malzeme özellikleri, iklimlendirme sistemleri ve bunlara ait zaman çizelgeleri ise OpenStudio programı ile girilmiştir. Çalışmanın asıl konusunu oluşturan yenilikçi pasif yaklaşımlar 5. Bölüm'de incelenmiştir. İlk önce farklı yönlerdeki duvarlara farklı yalıtım kalınlıklarının uygulanması analiz edilmiştir. Kuzey yönlü duvarlardan yalıtım katmanının kaldırılması durumu incelendiğinde soğutma enerjisi ihtiyacında 1229 kWh/yıl azalma gözlemlenmiştir. Dinamik yalıtım, belirli bir zaman çizelgesine göre istenildiğinde uygulanıp istenildiğinde kaldırılabilen bir katman olarak düşünülmüş ve sezonluk ve günlük olarak alt başlıklarda incelenmiştir. Belirli aylar boyunca uygulanan yalıtım katmanı sezonluk dinamik yalıtım, gün içinde belirli saatler boyunca uygulanıp kaldırılan yalıtım katmanı ise günlük dinamik yalıtım olarak tanımlanmıştır. İlk olarak, sezonluk dinamik yalıtım için zaman çizelgesi, sadece soğutma enerjisi ihtiyacını azaltmaya yönelik oluşturulmuştur. Yalıtım katmanı; kış ve dış hava sıcaklığının nispeten düşük seyrettiği aylarda kaldırılmış, kalan aylarda ise Güney yönlü duvarlar gibi güneş kazançlarının yüksek olduğu duvarlara uygulanmıştır. Sonuç olarak soğutma enerjisi ihtiyacı 34160 kWh/yıl'dan 32516 kWh/yıl'a düşmüştür. İkinci olarak, ısıtma ve soğutma enerji ihtiyacının birlikte değerlendirildiği toplam enerji ihtiyacı yaklaşımı modellenmiştir. Bu durumda yalıtım katmanı Kasım'dan Mart'a kadar 5 ay boyunca duvarlara uygulanmış, kalan aylarda ise sadece Kuzey yönlü duvarlardaki yalıtım katmanı kaldırılmıştır. Sonuç olarak 33128 kWh/yıl soğutma enerjisi ihtiyacı elde edilmiştir. Günlük dinamik yalıtım durumu EnergyPlus'daki TIM modülü ile çözümlenmiştir. Bu yaklaşımda Mart'dan Aralık'a kadar 9 ay boyunca gece oluşan ısı kaybından mümkün olduğunca yararlanmak üzere bir zaman çizelgesi oluşturulmuştur. Günlük dinamik yalıtım yapılması ile soğutma enerjisi ihtiyacının %13 oranında, 29801 kWh/yıl değerine kadar düşürülebileceği görülmüştür. 5. Bölüm'de son olarak çalışmanın bütününde ele alınan iyileştirmeler toplu olarak analiz edilmiştir. Toplam enerji ihtiyacını azaltmak amacıyla, duvarlara, günlük dinamik yalıtım katmanı; pencerelere ise sezonluk dinamik kaplama uygulanmış ve duvarlarda kullanılan beton yoğunluğu 2 katına çıkarılarak bina enerji ihtiyaçları simüle edilmiştir. Buna göre uygulanan pasif önlemler sonucunda binanın ısıtma enerjisi ihtiyacı 6127 kWh/yıl'dan 8463 kWh/yıl'a çıkmış, buna karşın soğutma enerjisi ihtiyacı 34160 kWh/yıl'dan 12157 kWh/yıl değerine inmiştir. Böylece toplam enerji ihtiyacı %48 gibi önemli bir oranda azalarak 40287 kWh/yıl'dan 20620 kWh/yıl değerine düşmüştür. Son olarak, çalışmanın asıl amaçlarından birisi olan, incelenen iklim bölgesi için soğutma enerjisi ihtiyacının en aza indirilmesi konusu tek başına değerlendirildiği durumda ise bu çalışmada önerilen bütün yaklaşımlar birlikte uygulandığında soğutma enerjisi ihtiyacını % 67 oranında, 11373 kWh/yıl değerine kadar düşürmenin mümkün olduğu görülmüştür. Bu değer, dinamik yalıtım ve kaplama için oluşturulan zaman çizelgelerinin, dış hava sıcaklığı ve güneş ışınım miktarına göre optimize edilmesi ile daha da azaltılabilir.
-
ÖgeAkışkan Yatak Kazanlı Bir Buhar Tesisinin Modellenmesi Ve Kullanılabilir Enerji Analizi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011-01-04) Özdemir, Koray ; Eskin, Nurdil ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBu çalışmada; kömürün verimli ve temiz bir şekilde yanmasını sağlayan, İzmir ili Torbalı ilçesinde faaliyet gösteren, 12000 kg/h buhar kapasiteli akışkan yataklı bir buhar üretim tesisin ısıl modellemesi yapılmıştır. Tesis; yanmanın ve ısı geçişinin geçekleştiği akışkan yatak, buhar üretiminin yapıldığı ve yine ısı geçişinin gerçekleştiği skoç kazan ve kazan besi suyunun ısıtıldığı ekonomizerden oluşmuştur. Ayrıca yardımcı eleman olarak fanlar, pompalar, siklon ve baca modele dahil edilmiştir. Sistemi oluşturan elemanlarda ve sistemin genelinde kullanılabilir enerji analizi yapılmış, oluşan tersinmezliklerin yerleri ve büyüklükleri tespit edilmiştir. Hazırlanan modelin doğruluğu; tesiste yapılan sıcaklık, baca gazı emisyonu ve buhar debisi ölçümleri ile kontrol edilmiştir. Modelin; sistem sıcaklık, baca gazı emisyon ve buhar debisi değerlerini sırasıyla en fazla %3.03, %14.02 ve %4.03 hata ile tanımlayabildiği görülmüştür. Geçerliliği gösterilen modele uygun olarak hazırlanan bilgisayar programı sayesinde hava fazlalık katsayısının, elde edilmek istenen buhar basıncının, çevre sıcaklığının ve kömür cinsinin değişiminin sistemin birinci ve ikinci kanun verimine olan etkisi incelenmiştir.
-
ÖgeAkışkan Yataklı Kurutucu Modellemesi Ve Analizi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-12-31) Deniz, Zehra ; Eskin, Nurdil ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBu çalışmada, çim tohumunu kurutmak için tasarlanmış bir akışkan yataklı kurutucunun üç fazlı modeli ve simülasyonu geliştirilmiştir. Bu yeni modelde, kinetik kurutma denklemi ile nem oranındaki değişim, sabit oranlı ve azalan oranlı (difuzyon kontrollü) olarak incelenmiş ve modele dahil edilmiştir. Tohumun su kaybından kaynaklanan şekil ve çap değişikliği akışkan yataklı kurutucuda meydana gelen kurutma işlemi boyunca dikkate alınmıştır. Akışkan yataklı kurutucu, katı ve gaz fazının homojen olarak dağıldığı yoğun faz ve gaz fazının kabarcıklar halinde olduğu kabarcıklı faz olarak iki bölgede modellenmiş ve buna ek olarak kurutulan katı tanelerin kütle ve enerji dengeleri ise ayrıca modellenmiştir. Yoğun faz ile kabarcıklı faz arasında ısı ve kütle geçisinin belirlenmesi sırasında kabarcık hızı ve boyutu göz önüne alınmıştır. Yoğun faz ve katı faz arasındaki ısı ve kütle geçişi ile kurutucu duvarından ortamdaki havaya olan ısı kaybı bilgisayar programının içine dahil edilmiştir. Modelin geçerliliğinin irdelenmesi amacıyla simülasyon sonuçları deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış ve simülasyon sonuçları ile deney sonuçları iyi uyum göstermiştir. Geçerliliği ispatlanan model, farklı kurutucu parametreleri altında incelenmiştir.
-
ÖgeAlevsiz Yanma(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Serçe, Hüseyin Vehbi ; Böke, Erhan ; Isı Akışkan ; Head and FluidsAlevsiz yanma, yakıtın heterojen oksidasyonu sonucu açığa çıkan ısı enerjisi ile desteklenen ekzotermik reaksiyon dalgasıdır. Bu yanma modunda, tam bir yakıt oksidasyonu gerçekleşmez, sıcaklık ve yanma hızı düşüktür. Alevsiz yanma alevli yanmaya geçiş potansiyeline sahip olması açısından önemli ölçüde yangın tehlikesi oluşturur. Kömür, tahta, kağıt, selülozik izolasyon malzemeleri, sentetik polimerler ve döşeme malzemeleri poroz yapıları sebebiyle alevsiz yanma kabiliyetine sahiptirler. Bu çalışmada parametre olarak; malzeme yapısı (porozite, nem) ve oksitleyici hava hızı ele alındı. Alevsiz yanmanın başlaması için gerekli tutuşma sıcaklığı, yanma sırasındaki sıcaklık ve yanma ürünlerinin derişiklik değişimleri incelendi. Bunun yanı sıra alevsiz yanma halinden alevli yanma haline geçiş şartları tespit edildi. Kurulan deney sistemi yardımıyla hava ve yanma cephesi ilerleme yönlerinin aynı olduğu durumlar incelendi. İlk tutuşmayı sağlamak amacıyla elektrikli ısıtıcı kullanıldı. Deneyde düzgün hava akışını sağlayabilmek için bir fan yardımıyla malzeme içerisinden geçirilen oksitleyici hava ilk önce 1mm aralıklı çelik elekten daha sonra ise 10mm çapındaki kürelerden geçirildi. Homojen sıcaklık dağılımı için ise 1200 W lık elektrik ısıtıcısından faydalanıldı. Isıtıcı sadece tutuşma başlayana kadar devrede kaldı. Eşit aralıklarla yerleştirilen dört termoelemanla merkezde sıcaklıklar ölçüldü. Yanma cephesinin tek boyutlu olduğunu görmek için ise merkez ile cidar arasına yerleştirilen termoeleman yardımıyla malzeme sıcaklığı ölçüldü. Yukarıda bahsedilen parametrelere göre deney sonuçları değerlendirilerek incelenen malzeme için alevsiz yanma karakteristikleri, alevli yanmaya ve sönmeye geçiş şartları tespit edilerek, büyük bir yangın riski oluşturan alevsiz yanma hakkında kaynak oluşturuldu. Elde edilen sonuçlar literatürdeki sonuçlarla karşılaştırıldı.
-
ÖgeAmonyaklı soğutma sistemi tasarımı(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Altunacar, Tugay ; Parmaksızoğlu, İsmail Cem ; 634591 ; Isı AkışkanSoğutma endüstrisinde 20.yy ile birlikte sentetik soğutkanların ortaya çıkmasıyla eğilim CFC ailesinin soğutkanlarına doğru idi. Lakin bu yüzyılın sonlarına doğru gelen şikayetler değerlendirilerek Montreal'de soğutkanların geleceğiyle ilgili önemli kararlar alındı. CFC grubunun ozon tüketme potansiyeli ve sera etkisine sebep olması sebebiyle kullanımı yasaklandı. Geçiş döneminde ise en yaygın grup olarak HCFC ailesi kullanıldı. Moleküle H atomunun ilavesiyle nispeten ODP değerinde düşüş sağlanmıştı. Lakin Cl'un bulunması sebebiyle hala ozonla reaksiyon oluşturması ve sera gazı etkisinin hala yüksek seviyelerde seyretmesi HCFC ailesinin de kademeli olarak azaltılmasını ve 2030 yılında kaldırılmasını şart koşuyordu. Klor içermeyen HFC grubu ise ODP 0 değeri ile ozona zarar vermezken, sera etkisi değeri hala yüksek mertebelerdedir. Yönetmelikler gereği HFC grubunun da önümüzdeki yıllarda kullanımını azaltmaya yönelik programlar oluşturulmaktadır. Çevreye yönelik alınan bu önlemler ve programlar tekrardan doğal soğutkanları endüstriyel alanda kullanıma itmiştir. Bu akışkanlardan biri de amonyaktır. R717 olarak adlandırılan amonyak ozon tüketme potansiyeli ve sera etkisi olmaması sebebiyle çevresel etkiler bazında oldukça dikkat çekmektedir. Keza amonyağın kullanıldığı sistemlerde enerji verimliliğinin de yüksek olması soğutkanlar içerisinde amonyağı tercih edilebilir nitelikte kılıyor. Ancak güvenlik problemleri sebebiyle, kullanımı belli alanlarla kısıtlanmış durumdadır. Çevre dostu olması ve verimli sistemler vermesi ile projenin geliştirilmesine yönelik motivasyon oluşturan R717 ile buhar sıkıştırmalı soğutma sistemi tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tipik olarak bir buhar sıkıştırmalı soğutma sistemi, kompresör, yoğuşturucu, kısılma vanası ve buharlaştırıcı içerir. Bu bağlamda kompresör olarak açık tip pistonlu bir kompresör, ısı değiştiricisi olarak plakalı ısı değiştiriciler ve kısılma vanası olarak termostatik kısılma vanası tercih edilmiştir. Bir soğutma sisteminin işlevini yerine getirebilmesi için sistem yardımcı elemanlara da ihtiyaç duyar. Bu yardımcı elemanların tayininde de çevrimde kullanılacak olan soğutucu akışkanla uyumu önemli bir faktördür. R717'nin yağ ile karışmama ya da çok az karışma durumundan kaynaklı bir yağ ayırıcı düşünülmüştür. Kompresör ile yoğuşturucu arasında, akışkanın az bir miktarı by-pass hattına ayrılır. Sıcaklık kontrollü su vanası, basınç düşürücü vana ve basınç dengeleme hattı ile basıncın düzenlenmesi sağlanır. Sıvı deposu ile herhangi bir arıza da akışkanın depolanabileceği bir yer mevcut olur. Devrede bulunan filtre-kurutucular ile nem, çapak, tortu vs. gibi maddelerin tutulması sağlanır. Gözetleme camları ile akışkanın faz durumu gözlemlenir. Kompresöre sıvı girişini önlemek için de buharlaştırıcıdan sonra sıvı ayırıcı konulur. Soğutma devresi tasarımında ana ve yardımcı elemanların seçim işlemine kompresör seçimi ile başlanmıştır. Adı üstünde buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi olduğu için, sıkıştırma işlemini gerçekleştiren kompresör soğutma sisteminin en önemli elemanıdır. Bu çalışmada, seçilen kompresöre girdi değerler vererek teorik olarak performans tabloları oluşturulmuştur. Bitzer'in yazılım programıyla çalıştırılan sistemden COP, soğutma kapasitesi gibi parametrelerin çıktıları alınmıştır. Aynı zamanda buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıklarına bağlı olarak Bitzer'in verdiği kübik fonksiyon soğutma kapasitesi, kütle debisi, kompresör tarafından çekilen güç için farklı sabitlerle ifade edilerek oldukça faydalı bir bağıntı oluşturur. Bu parametrelerin buharlaşma ve yoğuşma sıcaklığıyla değişimi gözlenmiştir. Girdi değerleri CoolPack programında da girilerek aralarında bu iki paket program hakkında bir kıyaslama yapılmıştır. Kıyaslama gerçekleştirilirken CoolPack'de girdi değerlere Bitzer programının verdiği soğutma kapasitesi sonucu olan 22.1 kW da girilir. Sonuçların paralel olduğu görüldükten sonra aşırı soğutma ve aşırı ısıtma işlemlerinin etkisini görmek için CoolPack'te sıcaklık değerleri değiştirilerek COP, kütle debisi, kompresör tarafından çekilen güç kıyaslaması yapılmıştır. İkinci yasa verimi de dört farklı durum için kıyaslanmıştır. Deneysel süreçte 16 farklı ölçüm alınarak soğutma kapasitesi, kompresör tarafından çekilen güç, COP gibi parametrelerin ölçümü gerçekleşmiştir. Kompresör tarafından çekilen gücün tayininde analizör, soğutma kapasitesinin belirlenmesinde sistem suyunun hacimsel debisini ölçen akış ölçer ve sistem suyu sıcaklıklarını belirleyen sıcaklık sensörü kullanılmıştır. Emme ve basma tarafından alınan gösterge basınç değerleriyle belirli kabuller alınarak her noktada iki yeğin özelik tespit edilmiştir. Yeğin özelikler tespit edilerek, ana elemanlar olan kompresör, yoğuşturucu, kısılma vanası ve buharlaştırıcıdan geçen soğutucu akışkanın kütle debisi hesaplanmıştır. Ölçüm cihazlarının hassasiyetleri sebebiyle deneysel bulguların hatalarını analiz etmek için belirsizlik analizi kullanılmıştır. Deneylerde 16 farklı ölçüm ile tespit edilen gösterge basınçlarından buharlaşma ve yoğuşma sıcaklığına geçilerek teorik ve deneysel akışkan miktarı kıyası gerçekleştirilmiştir. Bitzer'in sağladığı kübik fonksiyonda ölçümlerde tespit edilen buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıkları girilerek, kütle debisi, COP, kompresörden çekilen güç ve soğutma kapasitesi teorik olarak belirlenmiştir. Birinci yasa verimini simgeleyen COP değeri teorik durumda deneylere göre daha fazladır. Soğutma kapasitesi değerleri ise teorik ve deneysel durumda yaklaşık olarak benzer profil göstermiştir. En fazla akışkan debisinin kompresörden, en düşük miktarın buharlaştırıcıdan geçtiği görülmüştür. İkinci yasa verimi için ise deneylerde alınan 16 ölçüm arasında kıyaslama yapılmıştır ve en verimli durum son ölçümde gerçekleşmiştir. Ölçüm sonuçları değerlendirildiğinde, sistemin bir rejim noktasının olduğu ve bu rejime erişinceye kadar enerji verimliliğinin arttığı, rejim noktasını aşınca verimlilik değerinin azaldığı görülmektedir.
-
ÖgeAnkastre Fırınlarda Havalandırma Parametrelerinin Fırın Isıl Performansına Etkisinin İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-02-10) Pehlivan, Emre ; Kuddusi, Lütfullah ; Isı Akışkan ; Head and FluidsAnkastre fırınlar, tüketicilerin mutfak estetiğindeki eğilimleri nedeniyle, evsel elektrikli fırın pazarı içerisinde gün geçtikçe daha geniş oranda pay sahibi olmaktadır. Ankastre fırınlar, geleneksel serbest yerleşimli ocaklı fırınlardan farklı bir fırın havalandırma yapısına sahiptir. Başlıca kullanım sebebi komponent soğutulması olan bu havalandırma sistemi, fırın bacası ile de ilişki içerisindedir. Havalandırma sistemi ve baca arasındaki ilişki, bacadan atılan fırın içi hava miktarını ve özelliklerini etkilemekte, bu sebeple de fırının enerji tüketimi ve pişirme performansı üzerinde de etki sahibi olmaktadır. Teze konu olan çalışmada, bu havalandırma yapısında belirlenen bazı baskın parametrelerin fırın genel enerji performansına ve ısınma karakterine etkisi araştırılmıştır. Tezin gövdesini oluşturan incelemeler iki başlık altında toplanmıştır. Birinci başlık, 9630 PMI ve 24300 OIM ürün kodlu fırınlar üzerinde değişikliğe gidilmeden yapılan yapılan ısıl performans karşılaştırmalarından oluşmaktadır. Bu incelemelerden elde edilen değerlendrimeler, herhangi iki fırın arasında ortaya çıkan enerji tüketim karakteri farkının hangi açıdan sağlandığının ortaya çıkarılması hususunda ileride yapılacak çalışmalarda yol gösterici olacaktır. İkinci başlıkta, mekanik aksamlı 9630 PMI ürün kodlu fırının havalandırma parametrelerinde yapılan değişikliklerin fırın enerji performansında ve ısınma durumunda yol açtığı etkilere odaklanılmıştır. Yapılan değişiklikler kodlanarak bir deneysel tasarım metodolojisi kullanılmış ve çıkarılan sonuçlar farklı açılardan yorumlanmıştır. Son olarak, enerji değerlerinin açıklanmasında kullanılan standart regresyonel yaklaşım üzerinde belirsizlik analizi yapılarak elde edilen enerji tüketim verileri tekrarlanabilirlik ve karşılaştırılabilirlik açısından değerlendirilmiştir. Varolan standarttaki deney konrol aralıklarının doğruluk payı yüksek bulgulara ulaşabilmek açısından ne kadar iyi kısıtlar sunduğu tartışılmış ve termostatik çalışmanın standart sapma üzerindeki etkileri ortaya konmuştur.
-
ÖgeAtrium İçeren Çok Katlı Binalarda Duman Dağılımının Sayısal İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-02-19) Çebi, Feyza ; Böke, Erhan ; 461059 ; Isı Akışkan ; Head and FluidsYangınlarda, insan hayatı için en önemli tehlike kaynağının duman olması, günümüzde duman kontrol sistemlerinin gelişmesine, bu konu üzerinde çalışmalar yapılmasına neden olmuştur. Gelişen yapılanma ile birlikte atrium, alış-veriş merkezi, konferans salonu, sergi salonu, depo, hangar, vb. geniş hacimlerin kullanımı artmış, buna bağlı olarak duman kontrol sistemi gerekliliği doğmuştur. Tasarım kriterleri bina kullanım amacına göre farklılık göstermektedir. Bu tür geniş hacimlerde meydana gelebilecek bir yangın sonucu açığa çıkan duman hareketleri, sonlu hacimler yönteminin esas alındığı bir akış analiz programı kullanılarak incelenebilmektedir. Günümüzde sıkça kullanılan çok katlı, atrium yapısına sahip binalara örnek bir yapının bir kısmı baz alınarak bir model tasarlanmış ve bu yapıda duman hareketi incelenmiştir. Bina kuyum atölyeleri içermekte ve kullanım amacı nedeniyle yangın için elverişli bir ortam sunmaktadır. Bu tür binalarda doğal havalandırma, mekanik havalandırma veya her ikisi birden kullanılabilmektedir. Yanma sonucu oluşan duman, genel olarak yükselerek atrium kısmında biriktirilip dışarı atılmaktadır. Ele alınan binada atrium üst kısmında doğal havalandırma yapılmadığı, en alt kat ve en üst katlarda egzoz fanları olduğu kabul edilmiştir. Bu tip bir binada yangının kuyum atölyelerinde çıkabileceği düşünülmüş ve bu nedenle 3 farklı kattaki atölyede yangın havuzu oluşturulmuştur. Binada duman egzozuna ve taze hava girişine izin verilen farklı açıklıklar tanımlanmış ve dumanın bina içinde hareketini incelemek için farklı yangın senaryoları oluşturulmuştur. Tasarlanan 2 çözüm senaryosu ile bina içinde, yangın kararlı hale geldiğinde, diğer yangın senaryolarına göre daha düşük duman kütle oranını sağlamak hedeflenmiştir. Bina içindeki duman hareketi, Fluent adlı CFD programı kullanılarak incelenmiştir. Oluşturulan yangın senaryolarında yangın büyüklüğü sabit olarak alınmıştır. Bununla birlikte; taze hava miktarı, taze havanın sağlandığı yer, duman egzoz fan adeti ve konumu, duman tahliyesine izin verilen açıklıkların adeti ve konumu değişken parametrelerdir. Yangının en alt kat olarak alınan 5. kat atölyesinde bulunan yangın havuzunda çıkması durumunda 7 adet farklı yangın senaryosu incelenmiştir. 5. kat atrium alt yüzeyi taze hava girişi olarak kabul edilmiştir. Buradan gelen hava debisinin alt katlardaki taze hava menfezlerine ait debilerin toplamı kadar alındığı durumlar ile hava debisi miktarının serbest bırakıldığı durum karşılaştırıldığında, serbest debili taze hava girişi olmasının bina içindeki duman kütle oranını oldukça düşürdüğü görülmüştür.
-
ÖgeAutocad Ve Vba İle Mekanik Tesisat Tasarımı(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-08-05) Bilbay, Emre ; Parmakszoğlu, İ. Cem ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBu çalışmada mekanik tesisat tasarımındaki hesaplama ve çizimlerin AutoCAD ortamında VBA ile yazılan makroların kullanılarak yapılabilmesi amacı güdülmüştür. Bu amaçla öncelikle konuya ilişkin literatür özeti yapılmış ve mekanik tesisatın bir alt displini olan ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme tesisatı hakkında tasarım ve uygulama esaslarından bahsedilmiştir. AutoCAD yazılımındaki makrolar ve bu makroların VBA ile nasıl yazılacağı ve diğer yazılımlarla nasıl ilişkilendirileceği ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Ayrıca örnek bir uygulama yapılmıştır. Bu örnek uygulamada örnek havalandırma tesisatı planından kanal boyutlarını, uzunluk ve koordinatlarını ve kanaldan geçen hava debisini alıp bu verileri hesaplarda kullanılmak üzere kaydeden ve kanal izometri şemasını çizen bir yazılım geliştirilmiş ve bu yazılım kullanılarak söz konusu tesisata ait izometri şeması hazırlanmış, basınç kaybı hesabı, cihaz seçimi ve kanal metrajı yapılmıştır.
-
ÖgeBacalı Tip Çamaşır Kurutma Makinasında Kütle Geçişinin İncelenmesi Ve Spesifik Enerji Tüketiminin Azaltılması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-06-29) Ercan, Onur ; Kuddusi, Lütfullah ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBu çalışmada, bacalı tip çamaşır kurutma makinasında spesifik enerji tüketiminin azaltılmasına yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. İlk olarak kurutma makinası içerisinde gerçekleşen kütle geçişi mekanizması incelenmiştir. Deneysel çalışmalar ile kurutma makinasındaki enerji tüketimi ve enerji dengesi irdelenmiş ardından ideal kütle geçişini sağlayacak sıcaklık ve hava debisi tespit edilmeye çalışılmıştır. Deneysel çalışmalarda ölçülen sıcaklık, bağıl nem, elektriksel güç ve hava debisi ölçümleri ile çamaşırdan havaya doğru olan su buharı geçişi ile su toplama hızı elde edilmiştir. Kütle geçiş katsayısı deneysel ve teorik olarak karşılaştırılarak etkin parametreler sıcaklık ve hava debisi ile değişimi araştırılmıştır. Farklı güçlerde elektrikli ısıtıcılar kullanılarak farklı sıcaklıklar elde edilmiştir. Yine baca çıkışı bölgesine konulan bir damper vasıtası ile hava debisinin azaltılıp arttırılması sağlanmıştır. Farklı debilerde ve farklı ısıtıcı güçleri ile ideal sıcaklık ve debinin elde edilmesine çalışılmıştır. Son olarak elde edilen veriler ile uygun ısıtıcı ve motor profili elde edilmiş, kullanılan damper ile de çevrim boyunca istenilen hava debisininin de ayarlanması sağlanmıştır. Ön yataklamaya yerleştirilen 2 adet tekerlek ile sürtünme azaltılarak motor gücü düşürülmüştür. Ayrıca daha düşük bir kapasitör ile yine motor gücü azaltılmıştır. Yüksek ısıtıcı gücü ile kurutma süresi azaltılarak harcanan toplam enerji düşürülmüşür. Yapılan bu değişiklikler ile spesifik enerji tüketiminde iyileştirme sağlanmıştır.
-
ÖgeBina Yüzeylerinde Gölgeleme Elemanlarının Akış Mekanizmalarına Etkileri(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Altuntaş, Elif ; Çakan, Murat ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBinalardaki rüzgâr etkisi, bina yüzeylerine gölgeleme elemanları konularak değiştirilebilir. Bina yüzeylerine yerleştirilen dış gölgeleme elemanları basınç düşümüne neden olarak akışın zorlamalı akış olmasını sağlar. Bina yüzeylerindeki basınç düşümünün etkisi ile etkin soğutma, iç şartlarda konfor ve enerji tüketiminde düşüm sağlar. Bu etkinin gözlemlenmesi amacıyla yapılan bilgisayarlı analizler rüzgâr tünelinde deneysel olarak analizleri yapılan tek katlı bina modeli temel alınarak yapılmıştır. Modelleme rüzgâr tüneli içindeki bina göz önüne alınarak CFD ile yapılmıştır. Matematiksel modelin boyutunu azaltmak üzere 2 boyutlu akış modellenmiştir. Bu çalışmada, ağ duyarlılığı ve gölgeleme elemanlarının ve levha açılarının etkileri düşünülmüştür. Levha açısının ve gölgeleme elemanının yeri parametre olarak kabul edilerek hava hareketi üzerine parametrik bir çalışma yapılmıştır.
-
ÖgeBinalarda Enerji Verimliliği Ve Sürdürülebilirlik(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009-07-01) Yılmaz, Barış ; Arısoy, Ahmet ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBu çalışmada, model bir ofis binası için, bilgisayar yardımıyla saatlik enerji simülasyonu yapılarak, binalarda uygulanabilecek enerji verimliliği ile sürdürülebilirlik kalitesini artırmaya yönelik yaklaşımların, ekonomik etkenler de gözönüne alınarak incelenmesi ve değerlendirilmesi yapılmıştır. Saatlik enerji simülasyonu için Carrier HAP paket programından yararlanılmıştır. Enerji tüketiminde ısıtma, soğutma, havalandırma, aydınlatma, ofis ekipmanları ile pişirme kaynaklı ihtiyaçlar göz önüne alınmıştır. Binanın sürdürülebilirlik kalitesi üretimine neden olduğu karbondioksit miktarı ile ilişkilendirilmiştir. Model bina referans kabul edilip, bu bina için farklı alternatif çözüm önerileri geliştirilmiştir. Alternatifler üç ana başlıkta incelenmektedir. Bunlar binanın mimari planlanması sırasında alınabilecek önlemler, binanın HVAC sisteminde alınabilecek önlemler ile binada yenilenebilir enerji teknolojilerinin kullanılması olarak sayılabilir. Önerilen farklı alternatiflerin ilk yatırım maliyetlerine karşılık gelen yıllık enerji maliyetleri ile neden olunan karbondioksit salımları grafik olarak elde edildiğinde, ilk yatırım maliyetinin artmasına karşılık enerji maliyetleri ile neden olunan karbondioksit salımlarının üç farklı eğilimde azaldığı görülmüştür. Binalarda mimari planlamada alınabilecek önlemler ile mevcut HVAC sistemlerinin iyileştirilmesi yönündeki önlemler binanın neden olduğu karbondioksit üretiminin azaltılmasına sebep olurken aynı zamanda ekonomik de olmaktadır. Binanın elektrik ihtiyacının karşılandığı fotovoltaik sistem uygulaması kendini ömrü içinde geri ödeyebilmiş olsa da günümüz koşullarında ancak teşvik ve desteklerle mümkün olabilmektedir. Binanın ısıtma ile elektrik ihtiyacını karşılayabilen kojenerasyon uygulaması ise ekonomik ancak sürdürülebilir bir yaklaşım olmamaktadır.
-
ÖgeBinalarda Isıtma Enerjisi İhtiyacının Dinamik Analiz Yöntemi İle Hesaplanması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-02-22) Şeremet, Mehmet Fatih ; Özdemir, Mustafa ; 424097 ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBu çalışmada, dinamik analiz hesaplama yöntemi mantığı kullanılarak iki farklı matematiksel model oluşturulmuş olup MMO’ya ait “Kalorifer Tesisatı” kitabında yer alan örnek bina bu hesaplama yöntemlerinin sonuçların ortaya konduğu bina olarak seçilmiştir. Dinamik analiz hesaplama yöntemi kullanılarak oluşturulan ilk yöntem, toplam kütle yaklaşımı yöntemi olup bu yöntemde bina içi ve bina dış kabuğu farklı kontrol hacimler olarak ele alınmıştır. Kontrol hacimlerin sıcaklıklarının değerleri, birbirlerine bağlı diferansiyel denklem sistemi kurularak anlık olarak hesaplanmıştır. Diğer yöntem ise bina dış kabuğu sıcaklığının parabolik ısı denkleminin çözümü ile eldesinden yola çıkmakta olup bulunan anlık bina dış kabuğu değeri denklem sistemi içerisine konarak bina içi sıcaklığı hesaplanmaktadır. İki farklı yöntemle binanın ısıtma sezonu için detaylı ısıtma analizi yapılmış, bunun sonucunda ısıtma sezonunun her ayı için ısıtma yükü ihtiyacı hesaplanmış ve hesaplamalardan elde edilen sonuçlar TS 825’te yer alan hesaplama yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Oluşturulan matematiksel modeller ve değişken iklim verileri kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda örnek bina için yıllık ısıtma yükü ihtiyacının, birinci yöntem için TS 825 standartına göre %36, ikinci yöntem için ise %50 civarında daha az olduğu öngörülmüştür.
-
ÖgeBinalarda Kombine Isıtma Sisteminin Modellenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-01-07) Esen, Ayça ; Özgüç, Feridun ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBu çalışmada İstanbul’da müstakil bir evin ısıtma ve sıcak su ihtiyacını karşılamak üzere, güneş enerjili, ısı pompalı ve kazanlı bir kombine sistem modellenmiştir. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü’nden alınan, saatlik dış hava sıcaklığı ve saatlik güneş ışınımı değerleri kullanılarak MATLAB programı ile hesaplamalar yapılmıştır. Bu program ile bazı sistemler değerlendirilip parametrik çalışma yapılmış ve sistemlerin performansları incelenmiştir. İstanbul’daki müstakil ev için net ısıtma enerjisi ihtiyacı Energyplus programı kullanılarak, kullanma sıcak suyu ihtiyacı ise DHW- calc programı ile saatlik olarak belirlenmiştir. Sistemi modellerken öncelikli olarak güneş enerjisi kullanılması öngörülmüştür. Karşılanamayan ihtiyaçların ise ısı pompası ve/veya kazan ile karşılanması durumunda ortaya çıkacak sistem performansı incelenmiştir. Kontrol sistemi için depolama tankı sıcaklığı baz alınarak depo sıcaklığı, gereken değerin altına düştüğünde yardımcı sistemler devreye girecek şekilde modelleme yapılmıştır. Ayrıca konutta güneş enerjisi, ısı pompası ve kazanın birlikte kombine olarak kullanılma durumu ile kazanın ve ısı pompasının tek başına kullanılması durumlarındaki yatırım ve işletme maliyetleri incelenerek karşılaştırmalar yapılmıştır. Kombine ısıtma sisteminin en verimli çalışan sistem olduğu sonucu ortaya çıkmıştır.
-
ÖgeBoru İçi Akışta Mili Boyutlu Taneciklerin Isı Taşınımına Etkisinin İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-01-06) Koparan, İsmail Burak ; Uralcan, İsmail Yalçın ; 408873 ; Isı Akışkan ; Head and FluidsIsı değiştirme cihazlarında ısı geçişinin iyileştirilmesi enerji ekonomisi için kaçınılmaz hale gelmektedir ve bu konu akademik ve endüstriyel alanda önemli bir araştırma konusu olmaktadır. Isı geçişinin iyileştirilmesinde asıl amaç, daha yüksek ısı akılarıyla çalışmaktır. Sıcaklık farkı ve ısı transfer yüzey alanı sabit tutulurken ısı akısını arttırmak için, ısı taşınım katsayısı yükseltilmelidir. Varolan bir ısı değiştiricisinin kapasitesi ancak ısı taşınım katsayısı yükseltilerek arttırılabilir. Isı taşınım katsayısını iyileştirmenin de bir çok yöntemi bulunmaktadır. Bu çalışmada, sıvı akışkan içine katı taneciklerin eklenmesi ile taşınım katsayısı iyileştirilmesi yöntemi incelenmiştir. Sayısal çözümlemede hidrolik çapı 18 mm olan düz bir boru içine farklı miktarlarda cam taneciklerinin eklenmesi durumunda iki fazlı (su+cam) akış ve ısı geçişi parametreleri incelenmiştir. Sayısal çözümleme katı taneciklerinin akışkanlaştırılması prensibine dayanmaktadır. Akışkan olarak su kullanılmıştır ve akışkanın boruya giriş hızları, taneciklerin minumum akışkanlaşma hızı ve terminal hızı hesaplanarak sabit ve akışkan yatak için gerekli değerlerde seçilip çözümlemeler yapılmıştır. Akışkanın boruya giriş sıcaklığı 76 °C olup boru dış yüzeyinden 36 °C’ deki dış ortama taşınılma ısı geçişi olmaktadır. Taşınım sınır şartı için C dilinde kullanıcı tanımlı fonksiyon (UDF) yazılıp Fluent yazılımına eklenmiştir. Ayrıca tanecik ilave edilmesinin akışa ve ısı transferine etkisini karşılaştırabilmek için akışkana tanecik katılmaksızın tek fazlı akış (su) için de 5 farklı hızlarda ve borunun tümüyle tanecik ile doldurulması hali (sabit yatak) için de çözümlemeler yapılmıştır. Kabul edilen tüm durumlar için sayısal çözümlemeler Fluent 6.3.26 programında analiz edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda akışkana tanecik ilave edilmesi ve taneciklerin akışkanlaştırılması durumu için, farklı yatak yükseklikleri ve akışkan hızlarında ısı taşınım katsayısı 1.83 ile 2.41 oranında iyileşme sağlanmıştır. Borunun tümüyle dolu olduğu sabit yatak durumunda ise iyileşme oranı 1.52 ile 1.89 arasında kalmaktadır. Bu durumun aksine basınç düşümündeki artış sabit yatak durumunda maksimum olmaktadır. Elde edilen tüm sonuçlar neticesinde optimum ısı taşınım katsayısı ve basınç düşümü, 7.5 cm yatak yüksekliği ve 0.12 m/s akışkan hızındaki akışkan yatak durumunda elde edilmiştir ve bu durumdaki ısı taşınım katsayısındaki iyileşme oranı 2.37 olarak tespit edilmiştir.
-
ÖgeBuhar Çevrimli Kojenerasyon Sistemlerinin Termoekonomik Optimizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-05-24) Mete, Seher ; Derbentli, Taner ; 422825 ; Isı Akışkan ; Head and FluidsBu çalışmada, yakıt olarak kömür kullanan buhar türbinli bir kojenerasyon sisteminin termoekonomik incelemesi yapılmıştır. Sistemdeki tüm akıların birim ekserji maliyetleri ekserji ve maliyet denge denklemlerini kullanarak elde edilmiştir. Bileşik ısı-güç üretim sisteminin tüm elemanları için ekserji kırımları, ekserji verimleri ve eksergoekonomik faktörler hesaplanmış ve elemanlar bu ölçütlere göre değerlendirilmiştir. Kazandaki ekserji kırımının diğer elemanlara göre daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Kazan ve buhar türbininin verimleri ile maliyetleri değiştirilmiş, elektriğin birim ekserji maliyetini en düşük seviyeye getirecek kazan ve türbin verimi elde edilmiştir. Elektrik üretim bedeli ayrıca, bir değere getirilmiş maliyet yöntemiyle hesaplanmıştır. Tüm bu yöntemlerden elde edilen sonuçlara göre ele alınan sistemin elektrik maliyeti 0,12 TL/kWh olarak bulunmuş olup, uygun bir değerdir. Sistemlerin olurluluğunun değerlendirilmesinde önemli bir parametre olan geri ödeme süresi, bu çalışmada ele alınan sistem için 1,6 yıl olarak hesaplanmış ve sistemin kurulmasının uygun olabileceği sonucuna varılmıştır.