LEE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/20279

Gözat

4x4 askeri araçlar için bütünleşik klima tasarımı

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

Bu tez çalışmasında, 4x4 tekerlekli MRAP sınıfı araçlar için klima sistemi tasarımı konusu ele alınmıştır. Bu tip askeri araçlarda, mürettebatın zamanının önemli bir kısmını araç içerisinde geçirdiğinden, araç içi termal konfor şartlarının, mürettebatın hareket kabiliyeti ve araç içi ekipmanların üzerinde önemli etkisi olduğundan dolayı, iklimlendirme sistemi, askeri araçlardaki önemli sistemlerden biri olarak öne çıkmıştır. Bununla birlikte, klima sisteminin oluşturduğu hacmin, hem mürettebat hareket alanı hem de diğer ekipmanların konumlandırılması açısından önem arz ettiği belirtilmiştir. Otomotiv klima sistemlerinin genellikle, ısıtma ve soğutma sistemi olarak iki ayrı sistemden oluştuğuna değinilmiştir. Bu iki sistemin aracın içersinde önemli bir hacim işgal ettiği anlaşılmıştır. 4x4 askeri araç içerisinde soğutma ve ısıtma sistemini, iki ayrı sistem olarak kullanmak yerine bütünleşik tek bir sistem olarak kullanmanın önemli bir hacim kazanımı sağlayacağı belirtilmiştir.
Aerodynamic shape optimization of the DLR-F6 wing by using openfoam as CFD solver integrated with rsm

(Graduate School, 2023-06-15) Buluş, Halil ; Çadırcı, Sertaç ; 523201122 ; Heat Fluid

Aerodynamic shape optimization plays a critical role in aerospace engineering as it allows designers to enhance aerodynamic performance by altering the shape of a body. The ability to optimize the shape of structures like aircraft wings, wind turbine blades, and rockets can lead to increased efficiency, reduced fuel consumption, and minimized emissions. Given the pressing need to address climate change and the exponentially escalating global crisis, it's essential to prioritize sustainable solutions in every aspect of design, including minimizing the impact of aircraft emissions. This requires a primary focus on decreasing the drag and increasing the lift on the airplane, which is one of the most significant factors affecting aerodynamic performance and range. As air traffic continues to grow, the importance of aerodynamic shape optimization in reducing emissions and increasing fuel efficiency becomes increasingly clear. This thesis on the aerodynamic shape optimization of the DLR-F6 wing demonstrates an effective and a comprehensive way of an optimization process that can contribute to the ongoing research in this field. The DLR-F6 wing is a common benchmark for aerodynamic research due to its complex geometry and challenging flow characteristics. By optimizing the shape of the wing, it is aimed to improve its performance and contribute to ongoing research in this field. To ensure that the structural strength of the wing is not compromised, the optimization process also involves some considerations on various design constraints like modal frequency and mass of the wing. In the optimization process, different chord slices at various locations along the span has been taken and twisted some angles by taking their aerodynamic centers as reference. The work focuses on to determine the best improved angle sets which let the better performance on L/D value without sacrificing its structural integrity. The optimization model tree was constructed using ModeFRONTIER software, which integrated different software tools and automated the optimization process. The construction involved four main stages. Firstly, Pointwise software was used to create a new wing database by twisting at the six sliced chords with angles determined by the software. The software automatically executed all the steps to twist, create a new database, make surface mesh, and create a pre-meshed geometry for Abaqus, with the help of a journal. In the second stage, volume meshes were prepared using ANSYS Fluent Meshing, which automatically executed all the meshing processes controlled by optimization software. Thirdly, CFD analysis was conducted using OpenFOAM as the CFD solver to simulate the flow around the wing. The volume mesh created by Fluent Meshing was used as the solution cells. With the help of a function, OpenFOAM can convert a fluent mesh to foam format. To make the optimization process faster and well talent based, the HPC (High Performance Computer) was used to run in OpenFOAM. ModeFRONTIER makes an automatic connection with HPC systems based on SSH protocol and with a Linux bash script, aerodynamic analysis had been conducted. After the simulation was done, a file storing all the forces at each iteration was transferred to the host computer, and lift, drag and L/D values were computed using an inner MATLAB stage. The L/D value and lift value were set as design objectives. The purpose was the maximize these values. Since the twisting rotation angles were set as the input values, the optimization tool organizes and selects the best input values to succeed the design objectives. Lastly, Abaqus software was used to perform structural analysis to ensure the strength of the wing, with the pre-meshed geometry file directly transferred after the first stage. With an Abaqus journal, for each different design mass and modal frequency are calculated and processed with another MATLAB stage. These were selected as another design objective, with the goal being to minimize the mass and maximize the frequency value. However, 'Lift' and 'L/D' objectives were prioritized to make the optimization processes easy to go on. The optimization process was streamlined through these main stages, with simultaneous file transfers and evaluation of results made in intermediate steps. About 220 DoE (Design of Experiments) were created and evaluated. Due to the expensive CFD simulations, direct optimizations were not feasible to proceed. Therefore, RSM (Response Surface Methodology) was used to reproduce more experiments in an inexpensive way. RSM, also known as Surrogate Models, are a collection of statistical and mathematical techniques used to create, model, and analyze the relationships between input variables and output responses. By using RSM, the number of experiments needed can be reduced to obtain optimal results, saving time and resources in the optimization process. The direct optimization results were used to train the data set to build a good quality RSM. After using good RSM strategies, 1000 more experiments were created. After selecting the best design, a real analysis was conducted and showed that the RSM predicted the design output very well. The results of the optimization process were evaluated using a set of performance metrics, including the L/D ratio, maximum lift, minimum drag. Since the mass and modal frequency objectives were required to assure the structural integrity of the new design, they were not included as optimization performance metrics. The modified DLR-F6 aircraft was then compared with the original DLR-F6 aircraft using these performance metrics. The results show that the modified aircraft had a 13.15% improvement in L/D ratio and 2.24% improvement in lift compared to the original aircraft. A 3DOF flight simulation was done using MATLAB Simulink tool, with two aerodynamic databases created by sweeping 2 Mach numbers and 13 angle of attacks. One was for the airplane with the original wing, and the other was for the airplane with the optimized wing. Overall, the thesis demonstrates the effectiveness of using a multi-disciplinary optimization approach to improve the performance of complex aerodynamic shapes such as the DLR-F6 wing. The optimized wing not only shows a significant improvement in its aerodynamic performance but also maintains its structural strength. Although the flow chart may seem complex, it helps make the optimization process comprehensive and efficient. The optimization process and methodology used in this research can be applied to other complex aerodynamic shapes to improve their performance as well.
Ağır ticari bir araçta kabin yapısının aerodinamik direnç üzerindeki etkisi

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

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

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

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

(Graduate School, 2022) Rahmati, Hamed Aydenlou ; Subaşı, Abdussamet ; 769513 ; Heat Fluid Programme

Fluid flow around solid bodies from rudimentary to sophisticated, is one of the spotlights in fluid dynamic analysis which includes various phenomena such as flow separation. Flow separation is an important engineering topic which has been considered in various internal and external flow problems leading to pressure drag, loss of lift, stall, pressure recovery losses and vortex shedding leading to significant failure in the resonance frequency domain. The problem which has become benchmark regarding the flow separation and reattachment length is the Backward Facing Step. Despite of having tremendous theoretical, numerical, and experimental studies related to this problem, there have been less value of research regarding the flow control in this geometry. Having reattachment after separation of the flow in this geometry increases the unsteadiness, pressure fluctuations, vibrations and noise disturbances. Among the various actuators employed for ameliorating aforementioned issue, the synthetic jet known actuator has been notified. In the beginning of this study, the sinusoidal synthetic configuration has been investigated, and related equations have been extracted. In order of comparing the results, two cases of studies including without and with jet were studied. In the first part of study, the numerical analysis has been conducted to validate the gathered results from the reference studies in the literature using ANSYS FLUENT. The results have concluded that simulation results had the acceptable agreement with the previously conducted reference studies. In the next step, the main Computational Fluid Dynamics simulation part of this study including the single sinusoidal synthetic jet over the step wall was carried out in three different Reynolds numbers as 200, 300, and 400. Having carried out the simulation related to the with-jet case, discrete transfer function was extracted using systemIdentification toolbox of MATLAB. The transfer function with 5 poles and 4 zeros reached the desirable agreement with the reference data. The achieved transfer function was utilized in the SIMULINK models being designed for testing the various Proportional-Integral-Differential (PID) controller configurations. Three types of conventional, Fuzzy and optimized fuzzy PID controllers were considered for investigation and comparison. Three gains including proportional (Kp ′), integral (α) and derivative (Kd ′) of the PID controller were tuned based on classical Ziegler–Nichols and Fuzzy Inference System (FIS). The results revealed that the fuzzy-PID controller has better efficiency regarding the overshoot, rising time and settling time criteria in comparison with conventional PID controller. To reach the better performance of the fuzzy-PID controller, two methods of genetic algorithm and particle swarm optimization methods were employed. Subsequently, the optimized fuzzy inference system from this method was inserted in the SIMULINK model and optimized fuzzy PID controller was constructed. The comparison between three defined PID controllers (conventional, fuzzy, optimized fuzzy) were conducted using the designed SIMULINK model. The results showed that the least values of overshoot, rising time and settling was belonging to the optimized fuzzy PID controller based on defined cost function criteria. After that, instead of applying the extracted transfer function, ANSYS FLUENT was coupled with SIMULINK. The obtained results revealed that the designed PID controller was able to define a desirable amplitude for the jet where the fluctuation of the drag coefficient has been eliminated and the magnitude of the recirculation length became less than value of the without jet case of study by 17.35 %. Furthermore, eliminating the fluctuations of the drag coefficient leads to less consuming energy of the jet which is the another benefits of the applying optimized fuzzy-PID controller. Finally, the results are investigated in detail considering the underlying physical phenomena around the step wall. In the next step, the main CFD simulation part of this study including the single sinusoidal synthetic jet over the step wall was carried out in three different Reynolds numbers as 200, 300, and 400. Having carried out the simulation related to the with-jet case, discrete transfer function related to the 400 Reynolds number was extracted using systemIdentification toolbox of MATLAB. The transfer function with 5 poles and 4 zeros reached the desirable agreement with the reference data, and validated based on 200 and 300 Reynolds numbers. The achieved transfer function was utilized in the SIMULINK models being designed for testing the various upcoming Proportional-Integral-Differential (PID) controller configurations. Three types of conventional, Fuzzy and optimized fuzzy PID controllers were considered for investigation and comparison. Three gains including proportional (Kp ′), integral (α) and derivative (Kd ′) of the PID controller were tuned based on classical Ziegler–Nichols and Fuzzy Inference System (FIS). The results revealed that the fuzzy-PID controller has better efficiency regarding the overshoot, rising time and settling time criteria in comparison with conventional PID controller. To reach the better performance of the fuzzy-PID controller, two methods of genetic algorithm and particle swarm optimization methods were employed. The tournament selection method based on bisector defuzzification showed the least value of the cost function and Number of Function Evaluation with respect two other selection methods. Subsequently, the optimized fuzzy inference system from this method was inserted in the SIMULINK model and optimized fuzzy PID controller was constructed. The comparison between three defined PID controllers (conventional, fuzzy, optimized fuzzy) were conducted using the designed SIMULINK model. The results showed that the least values of overshoot, rising time and settling was belonging to the optimized fuzzy PID controller based on normalized cost function criteria. After that, instead of applying the extracted transfer function, ANSYS FLUENT was coupled with SIMULINK. The obtained results revealed that the designed PID controller was able to define a desirable amplitude for the jet where the fluctuation of the drag coefficient has been eliminated and the magnitude of the recirculation length became less than value of the without jet case of study by 17.35 %. Additionally, the results depicted that the designed SIMULINK model with considering the optimized fuzzy-PID controller is able to reach the defined drag coefficient being less than the sinusoidal jet without PID case of study. Furthermore, eliminating the fluctuations of the drag coefficient leads to less consuming energy of the jet which is the another benefits of the applying optimized fuzzy-PID controller. Finally, the dimensional analysis of the fluid physical phenomena around the step wall was conducted. The results concluded that the height and width of the secondary vortex for the with sinusoidal jet tuned by optimized fuzzy PID controller is higher than the without-jet case of study.
Computational fluid dynamics modeling the store separation from a jet trainer aircraft

(Graduate School, 2024-11-08) Coşar, Ziya ; Güneş, Hasan ; 503201142 ; Heat and Fluid

The issue of ensuring the safe and predictable separation of munitions from aircraft has become an area of growing interest in recent years. This highlights the necessity of eliminating potential risks associated with the interaction between munitions and the aircraft, while ensuring the safe and effective execution of operational missions. Solutions to this problem include flight tests, wind tunnel experiments, and Computational Fluid Dynamics (CFD) analyses. The Captive Trajectory System (CTS) and grid methods are wind tunnel techniques designed to solve the store separation problem. In this thesis, both CTS and grid methods were modeled using CFD. Furthermore, a new method called the 'Captive Carry with Flow-Field' was developed as an alternative to the conventional grid method. The primary objective of this research is to validate the munition trajectory calculated through the developed CFD methodology with experimental results, and to compute the trajectory of the munition separating from a jet trainer aircraft using the CTS, grid, and Captive Carry with Flow-Field methods. Furthermore, a comprehensive investigation was conducted to assess the impact of mach number and angle of attack on store separation analyses. The results of simulations performed at various mach numbers and angles of attack clearly illustrated the effect of these parameters on the munition's trajectory behavior. The CFD studies related to store separation were conducted using the commercial software Simcenter Star-CCM+. In the first phase of this thesis, a Computational Fluid Dynamics (CFD) methodology was developed for the Captive Trajectory System (CTS) using the Eglin geometry, a widely employed configuration in store separation studies, along with its corresponding wind tunnel test data. The methodology development included selecting an appropriate turbulence model, conducting a mesh independence study, and determining a suitable time step to ensure the accuracy of unsteady simulations for store separation analyses. Unsteady analyses were carried out using the Spalart Allmaras, Realizable K-ε, and K-ω SST turbulence models, with the munition's trajectory computed for each model. The simulation results were then validated against wind tunnel data. After identifying the optimal turbulence model, a detailed mesh independence study was performed to confirm that the numerical results remained unaffected by variations in mesh density. This study tested five different mesh with varying densities, during which aerodynamic forces along the X, Y, and Z axes acting on the munition were calculated. The evaluation of these results led to the selection of the most accurate and efficient mesh for store separation analyses. Subsequently, the determination of an appropriate time step, a key factor in unsteady simulations, was undertaken. Using four different time steps, unsteady simulations were conducted, and the munition's trajectory was compared to wind tunnel results to identify the optimal time step. These unsteady CFD analyses were performed at a mach number of 0.95 and an altitude of 26,000 feet. For the trajectory calculation, the overset mesh algorithm was employed in unsteady analyses. The trajectory was calculated by solving the RANS equations under the assumption of compressible and viscous flow. The developed CFD methodology was validated by comparing the computed trajectory with wind tunnel results. In the second phase of the study, different methods were modeled using CFD to calculate the trajectory of the munition separating from the jet trainer aircraft. Initially, the CTS methodology developed in the first phase was employed to model the separation process. The K-ω SST turbulence model and a time step of 0.001 seconds, identified during the validation phase, were used in the CFD simulations of the munition separation. A thorough mesh independence study was conducted to enhance the reliability and accuracy of the CFD analyses by assessing the influence of mesh density on numerical results. As part of this study, five different mesh configurations were tested, and the aerodynamic forces acting on the munition along the X, Y, and Z axes were evaluated. The results demonstrated that the numerical outcomes remained consistent regardless of changes in mesh density. Following the identification of the optimal mesh density, the trajectory of the munition separating from the jet trainer aircraft was computed for various flight conditions. Another approach used for trajectory calculation was the grid method. Two aerodynamic databases were generated for this method. The first was the freestream aerodynamic database for the munition, which contained force and moment coefficients derived from CFD analyses under various flight conditions. The second was the aerodynamic database for the aircraft-munition configuration, developed by placing the munition in different positions and attitudes under the aircraft and performing CFD analyses. After developing both the aircraft-munition configuration and freestream databases, a 6-DOF model was created in MATLAB Simulink. The aerodynamic data from the CFD analyses were used as inputs in this model to calculate the munition's displacements and Euler angles under different flight conditions. An alternative approach to the grid method, the 'Captive Carry with Flow-Field' method, was developed to calculate the munition's trajectory. This method enables a rapid assessment of separation analyses for newly designed munitions across various aircraft configurations. The Captive Carry with Flow-Field approach models the non-uniform flow field experienced by the munition due to aerodynamic disturbances caused by the aircraft during separation. For this method, a freestream database was created through CFD analyses of the munition under different flight conditions, and a flow-field database for the jet trainer aircraft (without the munition attached) was also generated using CFD. These databases were utilized in a 6-DOF model in MATLAB Simulink to calculate the munition's displacements and Euler angles under different flight conditions. In the third and final phase of this thesis, the trajectory of the munition separating from the jet trainer aircraft was computed under various flight conditions using the CTS, grid, and Captive Carry with Flow-Field methods, and the results were compared. The Captive Carry with Flow-Field method demonstrated a significant advantage in its ability to rapidly compute the munition's trajectory. The developed method has been proven to serve as an efficient and rapid solution for the design and evaluation processes of new munitions. Furthermore, a detailed investigation was conducted into the effects of mach number on store separation analyses. In this context, the trajectory of the munition separating from the jet trainer aircraft was evaluated under various flight conditions using different Computational Fluid Dynamics (CFD) methods, and the results were systematically compared. Additionally, the influence of the angle of attack on store separation analysis was thoroughly examined. To this end, the munition's trajectory was simulated under a range of flight conditions employing various CFD approaches, and the effects of this parameter on the munition's behavior were meticulously analyzed.In the third and final phase of this thesis, the trajectory of the munition separating from the jet trainer aircraft was computed under various flight conditions using the CTS, grid, and Captive Carry with Flow-Field methods, and the results were compared. The Captive Carry with Flow-Field method demonstrated a significant advantage in its ability to rapidly compute the munition's trajectory. Additionally, the effects of mach number and AoA on store separation analyses were examined in detail.
Coriolis tipi kütlesel debimetrelerde basınç kaybının modellenmesi

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

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

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-13) Ece Yalaz, Ayşe Sibel ; Çadırcı, Sertaç ; 503201127 ; Isı Akışkan

Bu tez çalışmasında savaş uçaklarında sıkça tercihe edilen delta kanat yapısına hücum kenarı eklentilerinin (strake) eklenmesi ile hava aracında meydana gelen boylamsal ve yanal stabilite etkilerinin incelemeleri yapılmıştır. İncelemeler kapsamında üç farklı referans geometri modelinde değişen hücum açısı, değişen beta açısı ve değişen aileron, flap ve rudder kontrol yüzeyi açılmalarında HAD analizleri koşturulmuş, sonuçlar üzerinde akış topoloji değerlendirmeleri ve stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir. Şimdiye kadar üzerinde az oranda araştırma yapılmış olan strake geometrilerinin hava aracındaki kontrol yüzeyi verimliklerindeki etkisini araştırmak, stabilite ve kontrol stratejileri hakkında sonuçlar üretmek bu tezin ana amaçları arasında yer almaktadır. Çalışmalar birebir ölçekte kullanılan savaş uçağı modelinin (Lamar ve Frink, 1981) rüzgâr tüneli verileri ile doğrulanması olarak başlamıştır. Gerçekleştirilen bütün HAD analizleri sıkıştırılabilir akış kabulündeki üç boyutlu tam ölçekli modelde koşturulmuş ve RANS denklemleri hücre merkezli sonlu hacimler yöntemi ile çözülmüştür. Stabilite analizleri kapsamında, aynı zamanda tasarım parametresi olan strake referans alanının yarıya düşürülmesinin aerodinamik ve stabilitedeki etkileri de incelenmiştir. Analizler üç farklı geometri versiyonunda yapılmış olup, model üzerindeki kontrol yüzeyleri literatür referans alınarak tasarlanmıştır. Bu tez çalışmasında hava koşulu deniz seviyesi (0 ft), ideal gaz tanımlanmış ve serbest akım hızı (Ma=0.5) giriş bölgesi sınır şartı olarak verilmiştir. S0 strakesiz geometri modelini, S1 AD-14 isimli strake yapısına sahip geometri modelini ve S2 ise AD-14 strake yapısının referans alanı yarıya düşürülmüş geometri modelini içermektedir. Sonuçlar ilk olarak akış topolojisinin değerlendirilmesi üzerine kurulmuştur. Hücum açısı analizleri incelendiğinde; S0 versiyonunda ɑ=24° ve üstünde akım ayrılmalarının gittikçe şiddetlendiği ve kanat üzerinde taşıma kayıplarının yaşandığı gözlemlenmiştir. S1 ve S2 versiyonlarında ɑ=16°'den ilerideki hücum açılarında strake başlangıç bölgesinden gelişen girdabın kanat yüzeyindeki girdap ile birleştiği, kanat yüzeyindeki negatif basınç bölgesini arttırdığı görülmüştür. Strake alanının küçülmesi ile girdap şiddetinde azalma meydana geldiği görülmüştür. Beta açısının değişiminin incelendiği analizlerde strakeli versiyonların ɑ=32° ve β=10° açısındaki koşulunda strake girdabı rüzgârı önden alan bölümünde daha güçlü şekilde gelişmekte, rüzgâr arkasında kalan bölümde ise yüzeyden ayrıldığı görülmüştür. S2 versiyonu için sağ kanattaki akım ayrılmalarının S1 versiyonuna göre daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca S0 versiyonunda olduğu gibi S1 ve S2 versiyonlarında da kanattan ayrılan akım, kuyruk bölgesindeki düzenli akımı gölgelemiş ve o bölgede kararsız akış rejimlerinin oluşmasına sebebiyet vermiştir. Kontrol yüzeylerinden flap ve aileronun strake entegresindeki aerodinamik etkileri incelendiğinde; kontrol yüzeyi etkinliklerinin S0 için ɑ=24° koşulunda oldukça verimsiz olduğu görülmektedir. Strake entegresi oluşan girdap gelişimi ile flap ve aileron kontrol yüzeyindeki akımın yeniden tutunduğu ve kanat yapısındaki taşımayı arttırdığı gözlemlenmiştir. Betalı koşulda rüzgârı arkadan alan kanattaki aileron yüzeyinin üzerindeki taşımanın arttığı gözlemlenmiştir. Strake referans geometrisindeki artış ile ɑ=24° hücum açısında aileron etkinliğinde artış gözlemlenmiştir. Strake geometrisinin eklenmesi ile kuyruk ve rudderdaki yanal düzlemde taşımanın artması sağlanmış, ɑ=24° ve β=10° koşulunda rudder kontrol yüzeyinde verimlikte artış sağlandığı görülmüştür. Versiyonların boylamsal stabilite analizleri yapıldığında, S0 boylamsal kararlı, S1 ɑ=0° ila ɑ=16° aralığında nötr stabilitede, ɑ=16° ila ɑ=32° aralığında ise yüksek seviyelerde boylamsal kararsız, S2 ise ɑ=0° ila ɑ=16° aralığında boylamsal kararlı durumda olduğu görülmüştür. Flap kontrol yüzeyinin ɑ=24° hücum açısında getirdiği yunuslama moment değişimi incelenecek olursa, S1 versiyonunda S0'a göre %50 artış, S2 versiyonunda ise %25 artış görülmüştür. Son olarak yüksek hücum açısındaki burun aşağı moment otoritesinin sağlanması için strake referans alanında azalma yoluna gidilebileceği gözlemlenmiştir. Versiyonların yanal stabilite analizleri yapıldığında ise aileron etkinliği S0 ile karşılaştırıldığında ɑ=24°'de S1 aileron verimi %34 oranında artarken, S2 aileron verimi yaklaşık %16 civarında artış göstermiştir. β=0° koşulunda S1 ve S2'nin rudder verimliliğinde bütün hücum açıları aralığında S0'e göre oldukça fazla iyileşme görülmüştür. Fakat beta açısının artması ile kanat girdaplarındaki kararsız yapı kuyruk akımını etkilemiş, yüksek hücum açısında rudder etkinliğinde kayıplara yol açmıştır. Strake geometrisinin kullanımı ile yanal stabilitede ɑ=24° hücum açısına kadar artış sağlanmıştır. Fakat girdap bozunmaya uğradığı ɑ=32°'de strake girdapları düzensiz yapıya bürünmüştür.
Development of an axial compressor design and blade profile generation tool

(Graduate School, 2024-06-24) Mazan, Mustafa ; Gür, Mesut ; 503161127 ; Heat and Fluid

Axial compressors are used in a wide range of applications like jet engines, ground gas turbines, and auxiliary power units. The primary function of axial compressors is increasing the pressure of the working fluid. Different design methodologies can be used for modelling axial compressors. Compressor design generally starts with one dimensional mean line calculations which is a fundamental component of the axial compressor design process. It provides essential insights before more complex calculations since flawed one-dimensional designs can compromise the effectiveness of subsequent CFD analyses. The purpose of this thesis is to develop a comprehensive axial compressor preliminary design tool that estimates aerodynamic performance and generates blade geometry for 3D CFD simulations. Python programming language is used to develop the axial compressor design tool. Euler turbomachinery equation and continuity equation are used to create compressor flow path and velocity triangles according to defined boundary conditions and design choices. Designers can check the violation of design limitations by using flow and design parameter outputs of the design tool. Axial velocities in the radial direction are calculated according to the radial equilibrium equation. Empirical loss correlations are integrated to provide a more accurate prediction of the compressor efficiency. Minimum loss incidence and deviation angle correlations are used to calculate blade angles. Axial compressor blade geometry generation process starts with 2D blade profiles. They are created by using either standard NACA profiles or a predefined thickness distribution with a selected camber line generation method. Wennerstrom thickness distribution and NACA 65 series thickness distribution are formulated in the tool. Parabolic and circular camber line generation methods are implemented in the design tool. Double circular arc and multiple circular arc blade profile generation methods are also implemented. 3D blade profiles are created by stacking 2D blade profiles using a defined stacking curve. Point cloud 3D blade profile data is given as an output by the design tool for ANSYS CFX software to perform 3D CFD calculations. Calculation methods are validated by using the Concepts NREC's commercial software Axial which has available axial compressor cases. Results show that the created design tool can accurately predict axial compressor performance and generate blade profiles to perform 3D CFD simulations.
Development of heat rejection prediction methodology for selection of cooling elements in diesel engines

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

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

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-20) Efe, Aykut ; Çakan, Murat ; 503201105 ; Isı-Akışkan

Bulaşık makineleri, evlerdeki veya ticari işletmelerdeki bulaşıkların otomatik olarak yıkanmasını ve kurutulmasını sağlayan cihazlardır. Kullanıcı tarafından yüklerin makine içerisine yerleştirilmesi ve cihazın çalıştırılmasıyla beraber; sıcaklık, kimyasal etki, mekanik etki, süre ve su yardımıyla bulaşıkların otomatik olarak yıkanması, durulanması ve kurutulması işlemleri sırasıyla gerçekleşmektedir. Yıkama programları incelendiğinde, genellikle program süresinin üçte birinden fazlasının kurutma adımına ayrıldığı görülmektedir. Ayrıca, elektrik tüketiminin büyük bir bölümüne yıkama sıcaklığı ve kurutma başlangıç sıcaklığı sebep olmaktadır. Bulaşık makinesi içerisindeki yüklerin kuruma mekaniği hakkında daha fazla bilgi sahibi olmak adına yapılan incelemeler yardımıyla daha etkin kurutma sistemleri tasarlamak mümkündür. Bulaşık makinelerinde gerçekleşen kurutma işleminin daha iyi anlaşılması için, makine içerisindeki yüklerde gerçekleşen eşzamanlı ısı ve kütle geçişi olaylarının detaylı analizleri gereklidir. Bu sebeple çalışmada; dikey bir porselen levhadan taşınımla eşzamanlı ısı ve kütle geçişi olayları, teorik ve ampirik bağıntılar yardımıyla matematiksel olarak ve dijital görüntü işleme yardımıyla deneysel olarak incelenmektedir. Matematiksel modeller, dijital görüntü işleme ile elde edilen sonuçları doğrulamak amacıyla kullanılmaktadır. Dijital görüntü işleme çalışmaları ile ise, levha üzerindeki sıcaklık değişimini ve buharlaşma miktarını zamana bağlı ısı haritaları (heatmap) elde edilmektedir. Tez çalışmalarıyla, teknik özellikleri ve donanımları çok yüksek bilgisayarla dahi elde edilmesi güç olan ve uzun vakitler alan zamana bağlı levha sıcaklığı ve buharlaşma miktarı ısı haritalarını dijital görüntü işleme ile gerçekleştiren bir metot geliştirmek; bu vesile, ile bulaşık makinelerinde gerçekleşen kurutma işleminin daha iyi anlaşılmasını sağlamak ve kurutma sistemi tasarımı çalışmalarına bilgi sağlamak amaçlanmaktadır. Literatür araştırması; bulaşık makinesi ve bulaşık makinesinde kurutma, kurutma (taşınımla ısı ve kütle geçişi, buharlaşma), rüzgar tünelleri ve dijital görüntü işleme olmak üzere dört ana başlık altında incelenmektedir. Kurutma bölümünde; taşınımla ısı ve kütle geçişi ile beraber buharlaşmalı soğutmaya da yer verilmiştir. Taşınım olayı, iletim/difüzyon gibi akışkanın rastgele hareketi ve adveksiyon gibi akışkanın yığın hareketi olaylarını kapsar. İletimle ısı geçişi olayında hareketsiz bir ortam varken, taşınımda ise ortam hareketlidir ve daha karmaşık çözümlere ihtiyaç vardır. Isı taşınımı, esasen bir yüzey ile hareketli ortam arasındaki ısı iletimi olarak tanımlanabilir. Taşınım olayında ısı ve kütle geçişi yüzeydeki hareketli akışkanın özelliklerinden etkilendiğinden; taşınımla ısı ve kütle geçişi hesaplamalarında kütlenin, enerjinin ve maddenin korunum denklemleri ve Newton'un 2. Hareket yasasının birlikte ve eşzamanlı olarak çözdürülmesi gerekir. Fakat hareketli akışkanın termofiziksel özelliklerinin sabit olarak kabul edilebildiği durumlarda; ilk adımda kütlenin korunumu (süreklilik) ve momentum denklemleri (Newton'un 2. hareket yasası) birlikte çözdürüldükten sonra, basınç ve hız bileşenleri enerjinin korunumu (termodinamiğin 1. Yasası) ve maddenin korunumu ifadeleri tek başına çözümlenebilir. Tez kapsamında; ıslatılarak 40°C sıcaklığına çıkartılmış, 19 cm çapındaki dairesel kesitli dikey (90°) bir porselen levha üzerinden; 23°C sıcaklığa, %70 bağıl neme ve 0,2 m/s hıza sahip hava akışının sağlandığı koşullar için çalışmalar yapılmıştır. Doğal taşınım şartlarının incelendiği durumda ise, fan durdurulmuş ve zorlanmış akış şartı kaldırılmıştır. Bu şartlar altındaki düz levha üzerindeki akış incelendiğinde; akışın hem doğal hem de zorlanmış taşınım durumları için laminer olduğu görülmüştür. Kullanılacak olan teorik ve ampirik bağıntılar; laminer sınır tabaka denklemlerinin, doğal ve zorlanmış taşınım sınır şartları için benzerlik çözümlemeleri yardımıyla türetilmektedir. Zorlanmış taşınım koşulları incelendiğinde; akışın karma (doğal ve zorlanmış eşzamanlı) taşınım olarak değerlendirilmesine karar verilmiştir. Teorik ve ampirik bağıntılarla yapılan incelemeler iki adımlı olarak yapılmıştır. İlk adımda eşzamanlı ısı ve kütle geçişi olayları, doğal ve karma taşınım ile ısı ve kütle geçişi ve buharlaşmalı soğutma bağıntılarının eşzamanlı olarak çözdürülmesiyle incelenmiştir. İkinci adımda ise, levha sıcaklığı deneysel verilerden alınarak yalnızca kütle geçişi olayı incelenmiştir. Bu olayların görsel olarak incelenebilmesi için, deneysel yöntemler kullanılabilir. Islatılarak ısıtılan model üzerinden sıcaklık verileri toplanarak ve modelin ıslaklığının/kuruluğunun zamana bağlı olarak gözlenebileceği özel boya işlemleri uygulanarak kurutma olayları gözlemlenebilir/yorumlanabilir. Boya işlemlerinden ilki, levhanın siyaha boyanma işlemidir. Siyaha boyamaktaki amaç, diğer boya işleminin etkisini arttırmaktır. İkinci boya işlemi, levhanın hidrokromik boya ile kaplanmasıdır. Hidrokromik boya sayesinde; ıslatılmış olan levha, deney başlangıcında -hidrokromik boya ıslandığında şeffaflaştığından- siyah bir yüzeye sahiptir. Deney boyunca kuruma olayı gerçekleştiğinden, levha yüzeyinde kuruyan bölgeler kademeli olarak gri tonlarından beyaz rengine dönmektedir. Yapılan deneylerde, levhanın beş noktasından sıcaklık ölçümü alınmıştır. Ek olarak deneylerde kullanılan porselen levhanın kurumasının incelenebilmesi adına, levhaya özel boya işlemleri uygulanmıştır. Boya işlemleri sayesinde, levha yüzeyinde kuruyan bölgeler zamanla koyu gri tonlarından -kademeli olarak- beyaz rengine dönmektedir. Deneyleri gerçekleştirmek amacıyla; şeffaf malzemeden üretilmiş ve içerisinden görüntü kaydı alınabilen bir test odasına sahip, düşük hızlı emme tipi açık çevrim bir rüzgar tüneli tasarlanmıştır. Matematiksel hesaplamaları yapılan rüzgar tünelinin, üretim aşamasından önce hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi yapılmıştır. Deneysel çalışmalardan elde edilen çıktılar da benzer şekilde iki adımlı olarak incelenmiştir. İlk olarak, levhanın beş ayrı noktasından toplanan sıcaklık verileri görselleştirilerek levha üzerinde zamana bağlı sıcaklık değişiminin incelendiği ısı haritaları oluşturulmuştur. Ardından, levha üzerindeki kurumaya bağlı renk değişiminin gözlemlenebilmesi için, şeffaf test odası içerisindeki levhanın profesyonel bir dijital kamera ile belirli periyotlarla fotoğrafları alınmıştır. Fotoğrafların dijital görüntü işleme yardımıyla analiz edilmesi sayesinde, levhanın kuruma karakteristiğine dair bilgi veren ve levha üzerindeki zamana bağlı buharlaşma miktarının incelendiği ısı haritaları oluşturulmuştur. Her iki inceleme işleminde de Python programlama dili kullanılmıştır. Son olarak, teorik ve ampirik bağıntılar ile yapılan incelemelerden ve deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Sıcak ve ıslak bir dikey porselen levhadan doğal ve zorlanmış taşınımla eşzamanlı ısı ve kütle geçişi olayları yorumlanmıştır. Bunun için levha sıcaklığı, buharlaşma hızı ve buharlaşma miktarı grafikleri zamana bağlı olarak çizdirilmiş ve karşılaştırılmıştır. Levha sıcaklığı ve buharlaşma hızı grafikleri, tamamen matematiksel model ile ve deneysel veriler ile yapılan hesaplamaların sonuçlarını vermektedir. Buharlaşma miktarı grafiklerinde ise, ek olarak dijital görüntü işleme sonuçlarından elde edilen eğri de grafiğe eklenmiştir.
Dizel bir motorun rakım performansının turboşarj kompresörü optimizasyonuyla arttırılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-05-20) Şahin, Enes ; Sayar, Ersin ; 503191108 ; Isı Akışkan

Teknolojinin sürekli olarak gelişmesiyle birlikte, 19. yüzyıldan bu yana hayatımızı kolaylaştıran içten yanmalı motorların performansı da artmaktadır. Bununla birlikte trafikteki araç sayısı arttıkça, kısıtlı fosil yakıt rezervleri sebebiyle motorların yakıt verimliliğinin artması günümüzde önemli hale gelmiştir. Buna ek olarak motorlardan yayılan emisyonların hem sera gazı etkisi yaratması hem de insan sağlığına olan olumsuz etkileri sebebiyle bir aracın emisyon performansı dikkate alınmaya başlanmış ve özellikle 21. yüzyıl itibariyle emisyon standartlarıyla ilgili birtakım kritik önemler alınmıştır. Emisyon salınımıyla ilgili ilk önemli adım 1992 yılında yayınlanan Euro 1 emisyon standartlarıyla birlikte dizel motorların karbonmonoksit, partikül madde emisyonlarına sınır getirilmiştir. İlerleyen yıllarda devreye alınan Euro 3 standartıyla azot oksit ve hidrokarbon emisyonlarına da sınırlama getirilmiştir. Bu emisyon kısıtlamaları her geçen gün daha da artmaktadır ve 2025 itibariyle Euro 7 emisyon standardının uygulamaya başlanması hedeflenmektedir [1]. İçten yanmalı motorlarda hem yakıt verimliliği arttırmak, hem de uygulanan emisyon standartlarına uyabilmek için birçok teknoloji geliştirilmiştir. Bunlardan en önemlisi turboşarj adı verilen aşırı doldurma sistemidir. Turboşarj sistemi, temel olarak türbin, kompresör ve bunlar arasında güç aktarımı sağlayan mil komponentlerinden oluşmaktadır. Egzoz gazları sahip olduğu hız ve sıcaklıkla yüksek bir termal enerjiye sahiptir. Türbin komponenti, bu termal enerjiyi kullanarak mekanik güç üretir ve şafta bu gücü aktarır. Şaftın diğer tarafındaki kompresör komponenti şafttan aldığı güçle dönmeye başlar ve motor girişindeki hava kompresörden geçerek basıncı arttırılır. Kompresör havanın basıncını arttırırken aynı zamanda sıcaklığını da arttırmaktadır. Motor içerisinde daha verimli bir yanmanın gerçekleştirilmesi için basınçlı hava bir ara soğutucudan geçirilir ve silindir içerisine portlar aracılığıyla alınır. Silindirlerdeki yanma sonucu egzoz gazları tekrardan türbine gönderilir ve böylece bir çevrim tamamlanmış olur. Turboşarj kompresörleri havanın basıncını arttırırken aynı zamanda hava sıkıştırılabilir bir gaz olduğu için silindirlere alınan hava miktarı da arttırılmaktadır. Böylelikle motor içerisinde daha verimli bir yanma gerçekleşir ve daha küçük hacimli bir motorla atmosferik motorların ürettiği güçlere çıkılabilir. Ayrıca bu sayede motorun hem yakıt verimi, hem de emisyon performansında iyileşme sağlanır. Kompresör girişindeki havanın atmosferik koşullarına göre kompresörün çalışma şartları değişmektedir. Günümüz turboşarjlarında, kompresör çıkışında hedeflenen basıncı yakalamak adına tahliye kapağı bulunur. Temel olarak çalışma prensibi şöyledir: Tahliye kapağı türbin girişinde bulunmaktadır. Kompresörün talep ettiği güçten fazla egzoz gazı enerjisi olması durumunda fazlalık egzoz gazlarının tahliyesinde kullanılmaktadır. Kompresör çıkışına bir yay bağlanır ve basınç kuvveti hedeflenen değere ulaştığında yay aktive edilir. Yayın aktivasyonu tahliye kapağını açar ve fazlalık enerji türbine girmeden baypas edilir. Motor kalibrasyonları, bu hedeflenen kompresör çıkış basıncına göre yapılmaktadır. Bir diğer deyişle, kompresör sabit bir basınç hedefine göre çalışmaktadır. Ancak operasyonel olarak rakım arttığında kompresör girişindeki basınç düşmekte ve basınç hedefi sabit olduğu için kompresörün basınç oranı artmaktadır. Basınç oranının artması, kompresör çıkış sıcaklıklarını da arttırmakta; ancak malzeme teknolojisi sebebiyle belirli bir sıcaklıktan sonra kompresör mekanik zarara uğramaktadır. Bu limit sıcaklık değerine ulaşınca, malzemenin zarara uğramaması için kompresörün basınç oranı daha fazla arttırılmaz ve silindirlere alınan hava sınırlandırılır. Havanın azalmasıyla birlikte silindirlere enjekte edilen yakıt miktarı da azaltılmak zorunda kalınır ve motor bu rakım seviyesinden daha yükseklerde deniz seviyesinden daha az güç üretir. Kompresörün çalışma veriminin artması, kompresörün şafttan aldığı gücü daha az kayıpla kullanmasına ve kompresör çıkışındaki gazın sıcaklığının daha düşük seviyelere çıkmasını sağlamaktadır. Böylelikle sadece kompresörün veriminin arttırılmasıyla, içten yanmalı motorun güçten düşmeye başladığı rakım seviyesi daha yükseklere çekilebilir. Bu tez kapsamında, 3.4 litre bir dizel motorunun rakım performansı, turboşarj kompresörü aracılığıyla incelenmiştir. Bu dizel motorunun sağladığı güç, deniz seviyesinde motor isterlerini karşılasa da motorun operasyonel konseptinde yer alan 1500 metre rakım seviyesinde daha az güç ürettiği gözlemlenmiştir. Buna sebep olarak motorda kullanılan kompresörün çalışma verimlerinin düşük olduğu görülmüş ve burada yapılabilecek bir iyileşmeyle motorun operasyonel konseptine uygun şekilde 1500 metre rakımda istenilen gücü sağlayabileceği kanaatine varılmıştır. Bu kapsamda öncelikli olarak HAD analiz modelinin doğrulanması adına mevcut kompresör geometrisi üzerinde CFX yazılımı kullanılarak HAD analizleri gerçekleştirilmiş ve HAD analiz sonuçları test verisi kullanılarak doğrulanmıştır. Buna ek olarak bu dizel motora ait dinamometre verileri de mevcuttur. Motorun komponentlerinin 1 boyutlu olarak modellenebildiği GT-Suite yazılımı kullanılarak motora ait 1 boyutlu bir model geliştirilmiş ve bu model dinamometre verileri kullanılarak doğrulanmıştır. Bir sonraki aşamada, mevcut kompresör geometrisi literatür taramasına göre parametrize edilmiştir ve geometri kompresör tasarım noktasında optimize edilmiştir. Hedeflenen optimizasyon çıktıları benzer basınç oranları ve yüksek verim değerleri olmuştur. Optimizasyon sonucu elde edilen kompresöre ait tüm bir kompresör haritası çıkartılmış ve kompresör haritası GT-Suite yazılımına gömülmüştür. GT-Suite kullanılarak hem deniz seviyesinde, hem de 1500 metre rakım seviyesinde bir boyutlu analizler koşulmuş ve optimize edilmiş kompresörün performansı ortaya koyulmuştur. Kompresörde kullanılan malzeme özelliklerine göre kompresörün dayanabileceği maksimum sıcaklığın 200 °C olduğu bilinmektedir. Yapılan optimizasyon çalışmasıyla, mevcut kompresörün tasarım noktasındaki toplam-toplam izantropik verimi 0.7'den, 0,795 seviyesine çıkartılarak çalışma verimi %7.4 mertebesinde arttırılmıştır. Ayrıca mevcut kompresör 1500 metre rakım seviyesinde çalışırken maksimum 214 °C sıcaklıklara ulaşırken optimize edilmiş kompresör maksimum 188 °C kompresör çıkış sıcaklığına ulaşmaktadır ve bu sayede motor deniz seviyesiyle aynı gücü verecek duruma ulaştırılmıştır. Bunu yaparken kompresörün basınç oranlarında düşük değişiklerin olması hedeflenmelidir. Optimize edilmiş geometri haritası incelendiğinde aynı çalışma noktalarında basınç oranlarında ortalama %1-2'lik farklılıklar olduğu gözlemlenmiş, bu optimizasyon hedefi de başarıyla geçekleştirilmiştir.
Effect of dynamic contact angle models on the droplet spread simulation

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

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

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-13) Beşkardeş, Ahmet ; Ayder, Erkan ; 503171133 ; Isı Akışkan

Kompresör tasarımında göz önünde bulundurulan önemli parametlerden biri kompresörün kararlı çalışma aralığıdır (stall marjı). Performans (verim) kaybı olmadan bu aralığın genişletilmesi tasarımcının hedeflerinden biri olmuştur. Gövde işleme (casing treatment) ise eksenel kompresörlerde tip kısmını çevreleyen gövdeye uygulanan ve kararlı çalışma aralığını genişleten bir modifikasyondur. Bu çalışmada öncelikle literatürde (çoğunlukla NASA'da) yapılan çalışmalar değerlendirilmiştir. Bu çalışmalardaki farklı gövde işleme konfigürasyonları tanıtılmıştır. Sonrasında yapılan testler ve bu testlerin sonuçları raporlanmıştır. Bu konfigürasyonların performansa olan etkileri de bu kısımda özetlenmiştir. Sonrasında kararlı çalışma aralığı genişlemesinin sebeplerini daha derinlemesine incelemek adına yapılan çalışmalar aktarılmıştır. Buradan yola çıkarak tasarımcı için hangi durumda gövde işlemenin olumlu bir etki yaratacağı belirtilmiştir. Literatür özetinden sonra yapılan nümerik çalışma testler ile doğrulanamayacağı için çözücünün ve numerik modelin validasyonu gerekmektedir. Rotor37 transonik kompresörü HAD doğrulama çalışmalarında sıkça kullanıldığı ve literatürde geometrik bilgileri ve test sonuçları bulunduğu için bu çalışmada da validasyon için kullanılmıştır. İlk elde edilen sonuçlar test sonuçlarından farklı olduğu için farklı türbülans modelleri ile analizler yapılarak bunların performans haritaları çıkartılmış ve test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu performans haritası hem rotor, hem de rotor-stator kademesi beraber çözülerek elde edilmiştir. Test sonuçlarına en yakın olan numerik model ile bir sonraki analizlere devam edilmiştir. Sonrasında, KALE ARGE tarafından tasarlanan transonik kompresörün ilk kademesinin dört farklı hız eğrisi için haritası çıkartılmıştır. Bu çıkartılan harita yiv konfigürasyonlarının etkisini kıyaslamak için kullanılacaktır. İlk kademenin seçilmesinin sebebi ise; düşük hızlarda kompresörün çalışma aralığının dar olması ve bu aralığı belirleyen kademenin ilk kademe olmasıdır. Dolayısıyla ilk kademede kararlı çalışma aralığı genişletilirse gaz türbini için de genişlemiş olacaktır. Analiz edilecek kademe de seçildikten sonra hangi konfigürasyonun uygulanacağına karar verilmiştir. Literatüre göre; eksenel yuvalı, çevresel yiv ve kanada paralel yuvalı konfigürasyonların kararlı çalışma aralığı genişletmesi göze çarpmaktadır. Fakat verim kaybı göz önüne alındığında çevresel yiv konfigürasyonu belirgin bir avantaja sahiptir. Çevresel yiv konfigürasyonunun bir diğer avantajı ise daha kolay ve ucuz bir şekilde uygulanabilir olmasıdır. Bu sebeplerden ötürü bu çalışmada çevresel yiv konfigürasyonu incelenmiştir. Aynı geometrik özelliklere sahip yiv konfigürasyonu, dokuz farklı eksenel kord boyuna eşit aralıklar (%10) ile ayrı ayrı yerleştirilerek sayısal analizler yapılmıştır. Daha sonra bu analizler yiv konfigürasyonu olmayan temel kompresör performans haritası ile kıyaslanmıştır. Sayısal çözüm ağı, rotor akış hacmi 1.7x106, stator akış hacmi 6x105, yiv akış hacmi ise 1.75x105 altı yüzlü elemandan oluşacak şekilde oluşturulmuştur. Farklı yiv konfigürasyonları analiz edilirken rotor ve stator sayısal çözüm ağları aynı tutulmuştur. Sayısal çözüm ağı, ilk analizlerden sonra y+ < 5 değeri sağlanacak şekilde revize edilmiştir. Radyal olarak 75 eleman, bu 75 elemandan 26 tanesi ise uç açıklığını modellemek için kullanmıştır. Giriş sınır şartı olarak standart gün koşulu toplam basınç ve sıcaklık girilmiştir. Çıkış sınır şartı olarak ise statik basınç girilmiş, bu basınç arttırılarak kompresör haritası elde edilmiştir. Göbek, kanat ve tip kaymaz duvar olarak modellenmiştir. Analizleri daha hızlı yapmak adına rotor, stator ve yiv akış hacimleri periyodik olarak modellenmiştir. Rotor akış hacmi MRF (Moving Reference Frame) yaklaşımı ile çözülmüştür. Rotor ve stator kanat sayıları farklı olduğu için periyodiklikleri farklıdır. Dolayısıyla bu döner ve dönmez akış hacimlerinin arası "mixing plane" yaklaşımı ile modellenmiştir. Rotor ve yiv akış hacminde periyodiklik aynı olduğu için "frozen rotor" yaklaşımı tercih edilmiştir. Analiz sonuçlarında, kararlı çalışma aralığını en çok genişleten konfigürasyon, eksenel kord boyunun %50'sine yerleştirilen konfigürasyon (G5) olmuştur. Eksenel kord boyunun %40'ına yerleştirilen konfigürasyon (G4), düşük hızlarda her ne kadar G5 konfigürasyonu kadar kararlı çalışma aralığını genişletse de, tasarım hızında, bir diğer deyişle, %100 hızda sıkıştırma oranı daha düşük olmuştur. Eksenel kord boyunun %70, %80 ve %90'ına yerleştirilen yivler (G7-G8-G9) ile yapılan analizler literatür ile çelişkili sonuçlar vermiştir. G7, G8 ve G9 konfigürasyonları performans olarak (sıkıştırma oranı-debi) benzer sonuçlar verdiği için, bu konfigürasyonlar ile sağlanan kararlı çalışma aralığı genişlemesinin numerik kararlılık nedeniyle olduğu düşünülmektedir. Sonuç olarak, G5 konfigürasyonu ile düşük hızda (%77), minimum kararlı çalışma debisi %9 azalarak, kararlı çalışma aralığı genişlemiştir. Tasarım hızında (%100) ise, minimum kararlı çalışma debisi sadece %1.5 azalarak, kararlı çalışma aralığı çok az genişlemiş fakat rotor sıkıştırma oranı %4 azalmıştır.
Experimental investigation of heat transfer performance of fin-and-tube heat exchangers for dry and wet conditions

(Graduate School, 2024-06-14) Kılıç, Oğuz ; Özdemir, Mustafa ; 503201139 ; Heat-Fluid

Bu çalışmada kanatlı borulu ısı değiştiriciler üzerinde deneysel bir çalışma yapılmıştır. Kanatlı borulu ısı değiştiricileri iklimlendirme sektöründe ortam şartlandırılması için kullanılan bir ısı değiştirici tipidir. En sık kullanıldığı yerler ofis, toplum merkezleri (alışveriş merkezleri, hastane vb.) , konut gibi yerlerdir. Bu yerlerin ortak özelliği insanların aktif halde bu yerlerde bulunmasıdır. İnsanların bulunduğu yerlerde daha rahat çalışması, bulunması veya yaşaması için termal konfor gereklidir. Termal konfor tanımı genel olarak ofislerde çalışanların ideal sıcaklık, nem ve hava akımının olduğu iklim koşullarında çalışmasını ifade eder. Farklı yerlerde bu tanımdaki sıcaklık, nem ve hava akımı değerlerinin sınırları değişse de tanımın kendisi değişmez. Klima santralleri insanların bulunduğu yerlerdeki termal konfor için kurulmuş sistemlerdir. Kanatlı borulu ısı değiştiricileri bu sistemin en önemli kısımlarından biridir. Kanatlı borulu ısı değiştiricileri temel olarak lamel ve borudan oluşmaktadır. Isı transfer yüzeyinin arttırmak amacıyla birçok kanadın arka arkaya belirli bir aralıklarla konulması ve düzenli olarak dizilmiş boru demetinin boru kanatların içerisinden sıkı geçmesiyle oluşturulmuş yapılardır. Kanatlı borulu ısı değiştiricilerindeki ısı transferi performansını etkileyen birçok parametre mevcuttur. Geometrik olarak bakıldığında boru dizilimi, kanat geometrisi ve kalınlığı, boru çapı, boru malzemesi en önemli etken parametrelerindendir. Isı değiştiricisinin hava tarafı giriş şartları da ısı transferi performansını etkileyen parametreler arasındandır. Literatürde kanatlı borulu ısı değiştiricilerinde boru içi akışının ısı transferine etkisini ve hava tarafındaki koşulların ısı transferine performansını inceleyen birçok çalışma bulunmaktadır. Yapılan çalışmalar neticesinde, literatürde boru içerisindeki akışın ısı transferine etkisi hava tarafının ısı transfer performansına etkisine kıyasla daha çok kabul edilmiş bilgiler mevcuttur. Hava tarafı ile ilgili çalışmalar hala devam edilmektedir. Kanatlı borulu ısı değiştiricilerinde hava şartlandırılmak için ısıtılır veya soğutulur. Nemli havanın ısıtıldığı yani yüzeylerde yoğuşma olmayan kuru şartlardaki çalışmalar literatürde mevcuttur. Nemli havanın soğutulduğu durumlar ile ilgili de literatürde çalışmalar mevcuttur. Bu durumda kanat yüzey sıcaklığı, havanın sıcaklığı ve nemi göz önüne alındığında o şartlardaki çiğ noktasından daha küçük olduğu durumlarda yoğuşma meydana gelmektedir. Bu tez kapsamında, kanatlı borulu ısı değiştiricisinin kuru ve ıslak şartlarda deneyleri yapılmıştır. Kuru şart ve ıslak şartlardaki yapılan deneylerde hava sıcaklığı aynıdır. Deneyler aynı sıra sayısı, aynı kanat aralığı ve aynı geometrik boru dizilimi olmak üzere tek bir ısı değiştiricisi üzerinden yapılmıştır. Hava tarafı giriş bağıl nemi ve hava hızı değişken parametre olarak kabul edilmiştir. Sırası ile %90,%80 ve %70 giriş bağıl neminde deneyler yapılmıştır. Birinci bölümde tezin amacından ve literatür çalışmalarından bahsedilmiştir. Bu çalışmada, 4 sıralı ve 31.75 x 28 mm tüp düzenine sahip bir kanatlı ve borulu ısı eşanjörü farklı bağıl nemlerde test edilmiştir. Deneysel çalışmalar yoğuşmasız kuru koşullar ve yoğuşmalı ıslak koşullar için gerçekleştirilmiştir. Tezin amacı, kuru ve ıslak şartlarda yapılan ısı değiştiricisi deneylerinden elde edilen Colburn-j faktörünü literatürde kullanılan korelasyonlarla karşılaştırılmasıdır. Aynı zamanda kanatlı borulu ısı değiştiricileri ile ilgili bilgiler verilmiştir. Bölüm 2'de ise kanatlı borulu ısı değiştiricilerinin ısı transferi için teorik hesaplaması ile ilgili bilgiler verilmiştir. Elektrik benzeşim metotlarının özeti olarak toplam ısı geçiş katsayısının hem ıslak hem de kuru şartlarda teorik hesaplanması detaylı olarak anlatılmıştır. Kanat verimi ve yüzey verimi kavramlarının yanı sıra hava tarafı ve akışkan tarafı ısı taşınım katsayısının bulunması için literatürde kullanılan örnek korelasyonlar paylaşılmıştır. Bölüm 3'de tez çalışmasındaki deneysel çalışma anlatılmıştır. Deneysel çalışmanın gerçekleştiği laboratuvar, deney koşulları ile ilgili bilgiler aktarılmıştır. Deneyler sırasında kullanılan kanatlı borulu ısı değiştiricisinin yapısal özellikleri ile ilgili bilgiler verilmiştir. Kuru şartlarda ve ıslak şartlarda deneylerin yapılma sürecini ve deney sonuçları detaylı olarak Bölüm'3 içerisinde paylaşılmıştır. Bölüm'4 de ise, Bölüm 3 kısmında deneysel verilerden alınan bilgiler kullanılarak deneysel çalışmadaki boyutlu bir parametre olan ısı taşınım katsayısı değeri elde edilmiştir. Elde edilen ısı taşınım katsayısı verisi hem kuru şart hem de ıslak şart içinde kullanılarak boyutsuz bir parametre olan Colburn-J faktörü bulunmuştur. Bölüm 5 içerisinde ise yapılan çalışmanın bir özeti ve sonuçların değerlendirilmesi yapılmıştır. Kuru şartlardaki testler literatürdekiler ile karşılaştırılırken ıslak şartlardaki testler kendi içinde değerlendirilmiştir. Sonuç kısmında ise kuru ve ıslak şartlardaki deney sonuçları kendi içerisinde yorumlanmıştır. Kuru koşullarda, hava hızı arttıkça, ısıl kapasite ve hava tarafı basınç kaybı değeri artmaktadır. Hava hızı iki katına çıktığında hava tarafı basınç kaybı değeri 2.85 kat artmaktadır. Kuru koşullarda, Reynolds sayısı arttıkça kanatçık verimi düşmektedir. Reynolds sayısı iki katına çıktığında kanatçık verimi %6.2 oranında azalmaktadır. Reynolds sayısı arttığında Colburn j-faktörü azalmaktadır. Isı transfer katsayısı Colburn j-faktörünün tamamen tersi bir davranış gösterir. Reynolds sayısı arttıkça ısı transfer katsayısı da artar. Reynolds sayısı iki katına çıktığında Colburn j-faktörü %30.5 oranında azalırken ısı transfer katsayısı değeri %35.5 oranında artmaktadır. Deneysel sonuçlardan elde edilen ısı transfer katsayısı ve Colburn j faktörü değerleri literatürde VDI Heat Atlas (2010) korelasyonuna benzemektedir. Düşük Reynolds sayılarında %10'luk bir fark varken, Reynolds sayısı arttıkça bu fark %1'e düşmüştür. Rich (1973) korelasyonunda ise düşük Reynolds sayılarında sonuçlar oldukça benzer iken Reynolds sayısı arttıkça sonuçların ayrıştığı gözlemlenmiştir. Islak koşullarda aynı Reynolds sayısı ve farklı bağıl nemlerde sonuçlar %3 ile %10 arasında değişmektedir. Kuru ve ıslak koşulların hava tarafı basınç kaybı değerleri aynı Reynolds sayısında karşılaştırıldığında, minimum %56 ve maksimum %80 fark ile ortalama %71 fark vardır. Isı transfer katsayısı ve Colburn j-faktörü değerleri birbiriyle uyumludur. Islak ve kuru şartlarda ısı transfer katsayısı değeri düşük bağıl nemde yaklaşık 2.5 kat daha fazla iken, %90 bağıl nemde bu oran 3.1 kata kadar çıkmaktadır.
Gaz türbinlerinde jet çarptırma etkisi ile kanatçık kılıfının soğutulma optimizasyonu

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

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

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

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

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

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

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-01-20) Sağlam, Ramazan Ergin ; Kırıkköprü, Kadir ; 503101123 ; Isı-Akışkan

Cam üretim prosesinde yüksek miktarda enerji ve hammadde kullanılmaktadır. Enerji kaynağı olarak fosil yakıtlar başta olmak üzere ek olarak da düşük miktarda yenilenebilir kaynaklara ihtiyaç duyulmaktadır. Hem emek hem de enerji yoğun olan bu sektörde, verimliliklerin en üst noktada tutulması firmaların pazarda rekabet şansını arttırmaktadır. Günümüz dünyasında enerji kaynaklarının tükenmesi nedeniyle kullanılacak tüm girdilerden en üst seviyede faydalanmak, şirketlerin ayakta kalması açısından yararlı olacaktır. Son zamanlarda yaşanılan enerji ve hammadde krizleri sebebiyle de şirketler, kaynaklarını doğru bir şekilde yönetmenin yollarını aramaktadır. Bu çalışmanın amacı, pres ve pres-üfleme prosesleri ile sofra camı üretiminde yapılan deneme sürelerinin kısaltılması, deneme sayılarınn azaltılması ve ürün gramajlarının optimize edilmesidir. Camın makine ortamında şekillendirilmesi, bilgisayar ortamında modellenerek prosesi etkileyen parametrelerin anlaşılması da hedeflenmiştir. Deneme imalatlarının modellenmesi ve çözümü, bilgisayar ortamında gerçekleştirilerek istenen kalitede ve en uygun gramajda ürün elde edilmesinin yanında, yeni ürünün seri imalata geçiş süresi mevcut duruma göre 8 hafta kısaltılabilmektedir. Ayrıca imalat hatlarındaki deneme kaynaklı duruşların ve deneme maliyetlerinin ortadan kaldırılması hedeflenmektedir. İlave olarak, yapılacak analizler ile üründe istenilen cidar kalınlığını öngörmek ve imalat sırasında meydana gelen ağızda çapak, yarım ağız, dip kayığı ve mastör-cam yapışması gibi imalat hatalarının önüne geçilmesi amaçlanmıştır. Bu proje kapsamında, imalatı yapılan bir üründe kaliteyi arttıracak ve maliyeti düşürecek cidar inceltme, ürün gramajı düşürme, uygun parizon tasarımı vb uygulamaların bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılımı ile önceden belirlenip gerekli çalışmaların hayata geçirilmesi hedeflenmektedir. Aynı zamanda, yeni bir ürünün üretilebilirliğinin HAD sayesinde iki veya daha fazla deneme yapılmadan anlaşılabilmesi planlanmaktadır.
Improving the aerodynamic characteristics of the gap between the cabin and trailer of heavy-duty commercial vehicles

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

Gözat

Başlık ile LEE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri