LEE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı- Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 17
-
ÖgeInvestigation of air ionization and air plasma formation using the magnetoplasma technology(Graduate School, 2023-06-19)This thesis investigates the usage of plasma technology in the energy sector and other fields and evaluates the potential applications of plasma-based electric propulsion systems. The study aims to increase the reader's knowledge of plasma by focusing on the history, definition and classification of plasma, and the basic plasma parameters. Additionally, the feasibility of this technology in different sectors is determined by discussing plasma production methods and areas of usage. Electric propulsion systems and the applications of plasma technology in this field are examined by addressing fundamental electric propulsion concepts and performance parameters. An experimental setup was designed and built to investigate plasma formation and its effects. When constructing the experimental setup, the first step involved the generation of ignition ions in the air to sensitize them to electromagnetic waves, as stable air is difficult for stable air to be affected by electromagnetic waves. High electrical voltage was applied to ionize the air without the need for any fuel. A flyback transformer was utilized to produce the high voltage required for the DC discharge, and a frequency circuit was designed to drive the transformer effectively. To regulate the high voltage output of the transformer, a dedicated high-voltage circuit was designed and connected to the ionization electrodes. The initial plasma formation occurred through a DC discharge between the ionization electrodes. By enhancing the energy of the ignition plasma using electromagnetic waves, a plasma jet with a gas temperature exceeding 1600 °C was achieved. The electric and magnetic fields played a significant role in increasing the energy of the ions within the initial plasma, facilitating the ionization of the surrounding particles. Consequently, the number of particles forming the plasma, including "semi-neutral charged" and neutral particles, increased, resulting in ionization of the air surrounding the DC discharge. Subsequently, the gas temperature and entropy increased, as the cumulative movement of these ions and the energy provided by electromagnetic waves. Moreover, the given electromagnetic energy contributed to an increase in the ionization degree and density of the plasma. This method enabled the creation of a stable plasma jet. The parameters evaluated and measured to assess the plasma formed by the experimental study included length, temperature, power, and efficiency. Additionally, the flow rate and magnetron anode input voltage were taken into consideration. The electromagnetic wave power was adjusted at various levels using the power source at the magnetron input. The experimental setup solely utilized air and electricity as fuel to generate the plasma. The efficiency, temperature, size, and power of the plasma were thoroughly examined. Within the scope of this study, a specialized waveguide was designed and manufactured in industrial facilities to ensure the effective transmission of electromagnetic waves. The quartz glass tube was selected as the preferred material due to its transparency, high-temperature resistance, and permeability to electromagnetic waves. An application utilizing OOP (Object-Oriented Programming) and an n-tier architecture was systematically designed to process the data collected from the completed experiments. This application was instrumental in saving the experimental data obtained using Entity Framework technology to the Microsoft SQL Server Database and this application performs the necessary engineering calculations. Furthermore, the data were employed to generate informative graphs, facilitating a comprehensive interpretation of the results. The obtained results contributed to revealing potential applications that are related to the usage of plasma technology in the energy sector and other fields. The study emphasizes the importance of research on the usage of plasma technology in the energy sector and more sustainable, environmentally friendly energy systems by providing recommendations for future research.
-
ÖgeDevelopment of heat rejection prediction methodology for selection of cooling elements in diesel engines(Graduate School, 2022-02-17)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.
-
ÖgeNumerical investigation of double layer microchannel heatsinks and performance assessment based on Taguchi method(Graduate School, 2022-06-14)In this study, the performance of double-layer microchannel heat sinks was investigated by Computational Fluid Dynamics Analysis using the Taguchi Experimental Design Method. Selected parameters are Reynolds number, microchannel material, width of upper and lower channels, distance between these channels and heat flux. The effect of these parameters on the on-chip thermal resistance, the total thermal resistance and the pumping power requirement were investigated. The influence of the selected factors was investigated based on the average of the signal-to-noise (SN) ratios and the response table for the signal-to-noise ratios. Except for the total thermal resistance in the counterflow configuration, the Re number was found to be the most important factor for all other cases. Copper gives the best results due to its thermal dissipation characteristic. For the counterflow configuration, the effect of the heat flux on the thermal resistances is negligible except for the total thermal resistance. The effect of the width of the lower channel on the thermal resistances is more dominant than the upper channel. The lower and upper channel widths are equally important in terms of the required pumping power. There is an inverse relationship between channel width and required pumping power. The distance between the lower and upper channels is insignificant in terms of the required pumping power. If this distance is lower in a parallel flow configuration, on-chip thermal resistance is minimal. On the other hand, the total thermal resistance increases with this distance. As the channel widths increase, the average velocity in the channel decreases, so an increase in thermal resistance is observed.
-
ÖgeImproving the aerodynamic characteristics of the gap between the cabin and trailer of heavy-duty commercial vehicles(Graduate School, 2023-09-14)
-
ÖgeCoriolis tipi kütlesel debimetrelerde basınç kaybının modellenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-03)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.