LEE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı- Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 13
  • Öge
    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.
  • Öge
    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.
  • Öge
    Numerical investigation on hub effects of hubless-rim driven propeller
    (Graduate School, 2022-12-16) Aşçı, Ali Burak ; Çadırcı, Sertaç ; 503191132 ; Heat and Fluid
    Since the beginning of humanity, various methods have been developed for the interaction of countries with each other. Therefore, people have developed various methods of transportation in order to strengthen political and economic relations, explore new places and access resources in new places. Maritime transportation is one of these prominent methods to create interactions among countries. Thanks to the developments in the field of maritime transport, humanity has made significant progress in numerous fields. Ships have been a widely used vehicles for transportation and ships are generally driven by the shaft-propeller mechanism. Energy occurred from fuel, nuclear or electrical is transferred to propeller via a transmission mechanism. During this drive movement, undesirable problems such as increased fuel consumption, reduced mechanical efficiency and noise may occur and these problems may cause irreversible damage to the shaft mechanism. Besides the effects of climate change dramatically continue to increase and marine transportation sector is one of the causes to emit more CO2 in the world. Therefore, hubless Rim Driven Propellers (RDP) has been developed and used for various marine vehicles in order to prevent above-mentioned problems. The working principle of RDP can be summarized as an electric motor driving the propeller with the help of the rim. However, since hubless RDP technology is a new field of marine researches, information on how changing the dimensions of the hub affects the hydrodynamic performance of the propeller is scarce. In this master's thesis, analyzes were made for hubless RDP design with five different hub ratios (0.05, 0.1, 0.15, 0.167, 0.25) by means of various dimensionless parameters to monitor the performance effects of the propeller. Ka4-70 propeller was selected for these five designs. They were solved numerically benefiting from Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes equations (URANS) and Shear Stress Transform (SST) k-ω turbulence transport equations. Numerical operations were handled on the finite volume method solver Simcenter STAR-CCM+ solver, using the Rigid Body Motion (RBM) approach. The Computational Fluid Dynamics (CFD) results have been conducted in terms of non-dimensional parameters such as thrust coefficient (KT), torque coefficient (KQ), and efficiency (η) ranging from 0.1 to 0.6 advance ratio (J) for 600 rpm. It was monitored that KT, KQ, and η increased as the hub ratio increased under a certain rotation speed until the hub ratio =0.167. Due to no experimental data for hubless RDP, validation studies were able to conduct with hub type propeller. Accordingly, an ideal propeller configuration can be determined by comparing numerical results and experimental data.
  • Öge
    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.
  • Öge
    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.