Theses supervised by Prof. Dr. Burhan Çuhadaroğlu
10 theses · Karadeniz Technical University
Silindir etrafındaki titreşimli akışta ısı ve kütle transferinin sayısal olarak incelenmesi
Bu çalışmada; ıslak yüzeyli dairesel kesitli bir silindir etrafındaki akışta zorlanmış taşınım ile silindir yüzeyinden gerçekleşen ısı ve kütle transferi sayısal olarak incelenmiştir. İlk aşamada; yüzeyde sabit sıcaklık ve nem oranına sahip dairesel kesitli silindir üzerinden gerçekleşen ısı ve kütle transferinin göstergesi olan genel ortalamalı Nusselt (Nu) ve Sherwood (Sh) boyutsuz sayılarının, giriş koşullarına bağlı olarak değişimleri incelenmiştir. İkinci aşamada ise ilk aşamadaki duruma ek olarak giriş havasına bir v (t)=Asin(?t) hızı eklenerek, giriş havasının belirli bir genlik ve frekansta titreşim yapması sağlanmıştır. Böylece, titreşimli akış durumunda silindir yüzeyinden olan ısı ve kütle transferi; nem ve sıcaklığın yanı sıra titreşimli hız parametreleri arasında tanımlanan (A/ftD) boyutsuz parametresine bağlı olarak incelenmiştir. Sayısal hesaplamada zaman bağımlı Reynolds ortalamalı Navier-Stokes (URANS) denklemlerine dayalı olan, Kato-Launder iyileştirmeli standart k-? modeli ve düşük Re sayılı k-? türbülans modeli kullanılmıştır. Sonlu hacim yöntemi ve düzgün olmayan ağ yapısı kullanılarak yapılmış olan çalışmadan elde edilen sonuçlara göre; titreşimsiz ve titreşimli durumların her ikisinde de Reynolds (Re) sayısının artması ile silindir ve akış arasındaki ısı ve kütle transferine ait Nu ve Sh sayılarında artış görülmüştür. Titreşimli akışta cisim ve akış arasındaki ısı ve kütle transferinin boyutsuz titreşim parametresi (A/ftD)'ye etkili bir şekilde bağlı olduğu görülmüştür.
Trabzon kent merkezi için hava kirliliği ile meteorolojik koşullar arasındaki ilişkinin 2006-2011 arası verilerine dayalı olarak incelenmesi
Bu çalışmada; Trabzon kent merkezindeki hava kirleticiler ile bazı meteorolojik parametreler arasındaki ilişkiler istatistiksel olarak incelenmiştir.SPSS yazılımı kullanılarak yapılan istatistiksel incelemede; beş ayrı ısıtma sezonuna ait (2006-2007, 2007-2008, 2008-2009, 2009-2010 ve 2010-2011) altı aylık (Kasım-Nisan) dönemlerdeki günlük ortalama SO2 ve PM verileri bağımlı değişkenler, günlük ortalama basınç, sıcaklık, nem, yağış, rüzgâr hızı ve yönü verileri bağımsız değişkenler olarak ele alınarak lineer regresyon analizi yapılmıştır.SO2 ve PM verileriile her bir meteorolojik parametre arasında ikili regresyon denklemleri ve bütün meteorolojik parametreler ile çoklu regresyon denklemleri kurulmuştur. Bu denklemler Trabzon kent merkezinde meteorolojik özelliklere bağlı olarak, hava kirleticilerin değişimini ve aralarındaki ilişkilerin düzeyini vermiştir. Regresyon analiz sonuçlarına göre; Trabzon kent merkezinde rüzgâr hızı, bağıl nem ve alçak basınç kirletici konsantrasyonları azaltıcı etki gösterirken yüksek basınç ve sıcaklık artırıcı etki göstermekte yağışın ise etkisi bulunmamaktadır. Kirletici konsantrasyonları azaltıcı etki gösteren rüzgâr yönü Trabzon kent merkezinde çok az görüldüğü için hava kirletici konsantrasyonlar rüzgâr yönünden çok fazla etkilenmemektedir.Bu sonuçlar göstermektedir ki; Trabzon kent merkezinde hava kirliliğinin azaltılması ve kontrol altına alınması konusunda bazı köklü çalışmaların ve yeni yaklaşımların yapılması zorunludur. Ayrıca, Trabzon kent merkezindeki yeni yapılaşma alanlarının imara açılmasında ve kent planlamada hava kirliliğinin de önemli bir parametre olarak göz önüne alınması gerekmektedir.
Yapı duvar malzemelerindeki boşluk geometrisinin ısı geçişine etkisi
Binaların ısı kaybı hesaplamalarının çoğu, binanın dış kabuğundan oluşan yapı duvar malzemesi esas alınarak yapılır. Binanın duvar malzemelerinin, bina enerji performansını artırmak ve binalardaki ısı kayıplarını azaltmak için düşük toplam ısı geçirme katsayısına sahip olmaları beklenmektedir. Bu beklentiyi karşılamak için, duvar malzemeleri ısı taşınım mekanizmasını zayıflatan içi boş veya düşük ısıl iletkenliğe sahip briketler ya da her ikisinin aynı anda kullanılması ile üretilir. Bu çalışmada, farklı iç geometrilerine sahip duvar malzemelerinin doğal taşınım mekanizmasını zayıflatmasıyla toplam ısı geçirme katsayısının azaltılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, içi boş duvar malzemesinin tek bir hücresinin iç geometrisinde değişiklikler yapıldı ve önerilen geometrilerin ısı geçiş analizi deneysel olarak üç farklı (7, 9, 12 W) ısıl güçte tekrarlanmıştır. Tez kapsamında kullanılmak üzere 300 mm x 300 mm x 300 mm ölçülerine sahip bina dış duvarı benzetiminde strafor kullanılarak yalıtımlı bir oda tasarlanmıştır. İçi boş duvar malzemesi elde etmek için, PVC (Dekota) malzemeden 160 mm x 160 mm x 50 mm ölçülerinde briket modeli üretildi ve deney odasının bir duvarına yerleştirildi. Bu çalışma, tasarlanan dört farklı iç geometriye sahip briket modelinde gerçekleştirilmiştir. Isı geçişi analizi için, sıcaklık ölçümleri briket modelerinin belirlenen altı noktasından alınmıştır. Çalışmanın sonuçları, deney örneklerinde toplam ısı geçirme katsayısının ısıl güce bağlı olarak değişimi sunulmuştur. Önerilen iç geometrilerde profillerin toplam ısı geçirme katsayılarının I profile göre oransal değişimi %3,7-11,5 arasında azaldığı görülmüştür.
Su esaslı CuO nanoakışkan için plakalı ısı değiştirgecinde performans incelemesi
Çeşitli ısı tekniği uygulamalarında nano-parçacık katkılı akışkanların kullanılması konusunda son yıllarda belirgin bir artış olduğu görülmektedir. Konu ile ilgili literatürden de anlaşılacağı gibi; kısaca nanoakışkan olarak bilinen nano parçacık katkılı akışkanlar, sağlamakta oldukları bazı avantajlar nedeniyle çeşitli ısı transfer sistemlerinde kullanılmaktadırlar. En belirgin özellikleri ısı iletiminde iyileşme olup, ısı transferinin önemli olduğu mikro kanallarda, ısıtma tesisatlarında ve diğer çeşitli alanlarda aracı akışkan olarak klasik akışkanların yerini almaya başlamışlardır. Nanoakışkanların, nanoparçacık katkı oranındaki artış ile ana (baz) akışkana göre ısı transfer özelliklerinin iyileşmesine karşın; viskozite değerlerinde artış, özgül ısı değerlerinde düşme olduğu bilinmektedir. Ayrıca, artan çalışma sıcaklığı ile nanoakışkanların ısı iletkenliğinde artışın olduğu ve diğer özelliklerin de sıcaklıktan etkilenmekte olduğu çeşitli çalışmalar sonucunda ortaya konulmuştur. Bu çalışmada; su bazlı ve bakıroksitli (CuO) nanoakışkanın, hacimsel karışım oranına bağlı olarak ısıl iletkenliği, özgül ısı, yoğunluk gibi özelliklerinin yanı sıra mikro-yapı, çökelme süresi, topaklaşma ve katkı etkisi gibi işletme özellikleri incelenmiştir. Ayrıca model bir ısıtma tesisatında yer alan plakalı ısı değiştirgeci üzerinde yapılmış olan ısıl ve hidrodinamik performans incelemesi ile CuO nanoakışkan için yeni korelasyon bağıntıları önerilmiştir. Deneysel çalışmaların bir bölümü Karadeniz Teknik Üniversitesinin laboratuvarlarındaki kalibrasyonlu deney düzeneklerinde yapılmıştır. Nanoakışkanlar manyetik bir karıştırıcı ile hazırlanmıştır. Isı iletkenliği ölçümünde Fouirer yasasına uygun olarak çalışan ve dar bir aralıkta tutulan akışkanın farklı ortalama sıcaklıklardaki ısı iletkenlikleri ölçülmüştür. Mikro yapı incelemeleri uygun bir TEM mikroskop altında yapılarak mikro yapıya ait görüntüler üzerinde değerlendirme yapılmıştır. Nanoakışkanların diğer özellikleri çeşitli klasik ölçme yöntemleri ile ölçülmüş ve elde edilen bulgular literatürdeki mevcut bulgular ile karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Nanoakışkan, CuO, Isı değiştirgeci, Korelasyon
Faz değiştiren malzeme (FDM) içeren duvar bloklarının içyapı formlarının Türkiye'deki iklim bölgeleri için belirlenmesi
Tez çalışmasında, faz değiştiren malzeme (FDM) içeren boşluklu duvar bloklarının farklı iklim tiplerinde ısıl analizleri yapılmıştır. Üç aşamadan oluşan çalışmanın ilk aşamasında; on farklı bloğun boşluk oranı, geometrisi ve sayısının bloktaki sıcaklık dağılımına ve ısı akısına etkileri incelenmiştir. Bu aşamanın sonunda en düşük ısı geçiş katsayısına sahip blok belirlenmiştir. İkinci aşamada; dört farklı ilde olduğu varsayılan bir binanın duvarlarına farklı erime sıcaklığında ve katman kalınlıklarında FDM'ler uygulanması durumunda binaların yıllık birincil enerji kullanımı ve global maliyeti açısından bir optimizasyon yapılmıştır. Bu aşamanın sonunda Türkiye'de farklı derece gün bölgelerine göre optimum FDM özellikleri belirlenmiştir. Çalışmanın son aşamasında; ilk aşamada belirlenen blok içine, ikinci aşamada belirlenen FDM'ler koyularak dört farklı il için FDM'lerin blok içinde en iyi performans gösterdiği konumlar belirlenmiştir. Tez çalışmasının sonunda FDM sıcak ve ılık iklimlerde bloğun orta kısmına yakın, soğuk iklimlerde ise iç ortama yakın olduğunda daha iyi performansı gösterdiğine ulaşılmıştır.
Trabzon il merkezinde 2015 - 2021 dönemi için hava kirliliği ile meteorolojik parametreler arasındaki ilişkinin incelenmesi
Bu çalışmada; hava kirleticiler ile Trabzon kent merkezinin belirli meteorolojik parametreler ile arasındaki ilişkiler istatistiksel olarak analizi yapılmış ve hâkim rüzgâr yönü ve bu yöne bağlı hızın kirleticilerin hareketlerine etkisi gözlemlenmiştir. EXCEL paket programından faydalanılan bu analizlerde Kasım 2015-Nisan 2021 arasındaki süreç altı ayrı ısınma sezonuna bölünmüştür. Bu altı ayrı ısıtma sezonu Kasım 2015-Nisan 2016, Kasım 2016-Nisan 2017, Kasım 2017-Nisan 2018, Kasım 2018-Nisan2019, Kasım 2019-Nisan 2020, Kasım 2020-Nisan 2021 arasındaki altı aylık dönemlerdir. Bu altı aylık dönemlerde hem kirletici verileri hem de meteorolojik parametreler günlük olarak çalışılmış olup regresyon analizine tabi tutulmuş ve sonuçlar her dönem kendi içerisinde değerlendirilmiştir. İkinci aşamada ise tekrar EXCEL paket programı yardımıyla rüzgâr gülü modeli çalışılmıştır. Kirleticilerin, hâkim rüzgâr yönü ve bu yöne bağlı hızları ile ilişkileri incelenmiştir. Kirletici konsantrasyonlarını azaltıcı yönde esen rüzgâr yönü sayısı Trabzon kent merkezinde az sayıda olmakla beraber radar grafikleri incelendiğinde görülmektedir ki partikül madde için ENE yönünden esen nispeten kuvvetli rüzgâr bir nebze kirlilik azaltmıştır. W yönünden esen kuvvetli rüzgârın ise partikül maddenin yayılımı konusunda etkisi olmamıştır. Aynı şekilde SO2 için incelendiğinde WNW yönünden esen kuvvetli rüzgâr konsantrasyonun azalımı konusunda başarılı olamazken zıt yön olan ESE yönünden esen rüzgâr ise SO2 üzerinde bir nebze azaltıcı etki göstermiştir.
Venturi esaslı pnömatik hububat taşıma sisteminde performans incelenmesi
Tarımsal faaliyetler içerisinde enerji giderleri oldukça önemli bir yer tutmaktadır. Enerji giderleri ve tarımsal sistemlerin performansları üzerinde yapılabilecek çalışmalar ile doğrudan ülke ekonomisine katkı sağlanacağı açıktır. Bu çalışmada tahıl ve hububat üretiminde önemli bir yer tutmakta olan pnömatik taşıma sistemlerinde performans iyileştirme amaçlı hesaplamalı bir çalışma yapılmıştır. Bu konudaki mevcut teknoloji klasik siklonik esaslı prensiplere göre çalışmakta olup, verimleri ve performansları sınırlıdır. Aşırı basınç kayıpları, taşınan malzemenin hasar görmesi gibi bazı sorunlar yaşanmaktadır. Bu nedenle taşıma hattının vakum yerine pozitif basınç altında tutulacak şekilde bir venturi geçişinden yapılacak olan basma ile çalışan pnömatik taşıma sistemi bazı avantajlar sağlar. Bu amaçla, sayısal olarak modellenmiş bir venturi bölgesindeki halka bir kesitten yapılan emişin hat içerisindeki boru parçasında akış özellikleri olan basınç, yörünge ve hız üzerindeki etkisini belirlemek için parametrik bir inceleme yapılmıştır. Çalışmada ANSYSFluent yazılımı kullanılarak k-ε türbülans modeli ve Euler–Lagrange hesaplamalı akışkanlar dinamiği modeli ile 5 m/s ile 25 m/s emiş hızı değerleri arasında boru içerisindeki akış parametreleri ve parçacık yörüngeleri detaylı olarak incelenmiştir. Elde edilen bulgular uygun çalışma koşulları altında emiş performansının iyileştiğini göstermektedir.
Rüzgar türbinlerinde lüle ve yayıcı kullanımı ile verim iyileştirmenin sayısal olarak incelenmesi
Bu çalışmada; günümüzdeki çevresel nedenlerle kullanılması zorunluluk haline gelen yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzgar enerjisini yararlı enerjiye çevirmede kullanılan rüzgar türbinlerinin; lüle ve yayıcı gibi pasif donanımlarla performanslarının artırılması sayısal olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programı olan ANSYS Workbench 2020 R2 programı kullanılmıştır. Yaklaşık 1 metre çapındaki rotora sahip yatay eksenli rüzgar türbininde (YERT) farklı tip ve kombinasyonlarda oluşturulmuş olan lüle ve yayıcılar (nozul ve difüzör) kullanılarak toplamda 10 farklı durum için sayısal analiz yapılmıştır. Analiz sonuçları ANSYS CFD Post modülü ile görselleştirilerek, kesit alanlarındaki ortalama hız ve basınç değerleri elde edilmiştir. Sonuçların rüzgar gücü ve rüzgar performans katsayısı denklemlerinde kullanılması ile elde edilen bulgular değerlendirilmiştir. Çalışmadan elde edilen bulgulara göre; belirli tasarımlardaki lüle, yayıcı ve flanş (brim) kombinasyonları, rotor kesitindeki hızı % 37 artırarak toplam rüzgar gücünü 1.5 kat, rüzgar performans katsayısını ise 2 kattan fazla arttırmıştır. Bu artışın lüle ve yayıcı geometrilerinin akış eksen doğrultusundaki basınç farkını düşürücü etkisinden kaynaklandığı sonucuna ulaşılmıştır.
Onera M6 kanadında uç kanatçık geometrisinin aerodinamik performans üzerindeki etkisinin incelenmesi
Hava taşıtlarında uç kanatçık (winglet) kullanımının sürükleme kuvvetini azaltarak yakıt verimliliği sağladığı bilinmektedir. Özellikle sivil taşımacılıkta çeşitli örneklerine rastlanan uç kanatçıkların temel görevi kanat ucunda oluşan girdapları hafifleterek indüklenmiş sürükleme kuvvetinin azalmasını sağlamaktır. Bu çalışmada, ONERA M6 kanadı referans alınarak tek uç kanatçıklı ve iki uç kanatçıklı kanat modelleri oluşturulmuştur. Uç kanatçıkların kıvrım açısındaki değişimin, farklı hız ve hücum açısı koşulları için aerodinamik performansa olan etkisi Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri yapılarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, kıvrım açısının aerodinamik performans üzerinde kayda değer bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Tek uç kanatçıklı kanat için değişen kıvrım açısıyla birlikte, uç kanatçıksız kanada kıyasla %14'e varan aerodinamik verim artışı elde edilmiştir. İki uç kanatçıklı kanada ait mevcut tasarım ise, transonik hızlarda tek uç kanatçıklı kanada kıyasla daha düşük CL/CD oranına sahip olmakla birlikte, görece daha düşük hız (Ma= 0.3) ve yüksek hücum açısı koşullarında %2.9'a varan verim artışı sağlamıştır. Ayrıca bütün uçuş koşulları için en iyi sonucu sağlayan tek bir kıvrım açısının olmaması, kıvrım açısını uçuş koşullarına uygun şekilde değiştirebilen tasarımların, sabit kıvrım açılı tasarımlara kıyasla daha üstün bir performansa sahip olabileceğini göstermektedir.
Termoelektrik modül ile atmosferik su üretimi ve hava soğutmanın deneysel olarak incelenmesi
Termoelektrik sistemler, enerji dönüşüm teknolojilerinde önemli bir yer tutmaktadır. Seebeck etkisi olarak bilinen termoelektrik sistemde, farklı sıcaklıktaki yüzeylere sahip metal üzerinde ortaya çıkan potansiyel fark ile elektrik enerjisi üretilirken; bunun tam tersi olan Peltier etkisinde ise iki farklı metal elemandan oluşturulmuş kapalı bir devreye doğru akım verilerek metallerin ısıtılması ve soğutulması sağlanır. Bu etkiler sayesinde, atmosferik nemli hava soğutularak içindeki su buharının yoğuşması ile su üretimi ve havanın iklimlendirilmesi mümkün olmaktadır. Çalışma kapsamında, bir deney düzeneği üzerinde eş zamanlı olarak atmosferik su üretimi ile dış havanın soğutulup/ısıtılmasına yönelik deneysel bir inceleme yapılmıştır. Çalışmada, sistemden elde edilen yoğuşma suyu debisi ve soğutulan/ısıtılan hava için olan etkinlik katsayılarının (COP), hava kanalları içerisine yerleştirilmiş soğuk metal kütleler arasındaki mesafe ve kanal hava hızı ile olan ilişkisi incelenmiştir. Sonuçlara göre; en yüksek yoğuşma suyu debisi 1.5 m/s değerindeki hava hızı ve 2 cm'lik mesafede elde edilmektedir. Bulgulara göre; bütün mesafe değerlerinde, artan hava hızı ile ısıtma, soğutma ve toplam etkinlik katsayılarının hepsi farklı oranlarda olmak üzere düzgün bir şekilde artmaktadır. En yüksek COP değerleri mesafenin 1 cm ve en yüksek kanal hava hızında elde edilmiştir.