Theses supervised by Prof. Dr. Coşkun Özalp
10 theses · Osmaniye Korkut Ata University
Döner salınımlı hareket yapan düz ve oluklu silindirlerin akış yapısının deneysel ve sayısal incelenmesi
Bu tezin amacı, düz ve oluklu silindirlerin arkasında oluşan akış yapısının bir aktif kontrol yöntemi olan döner salınım hareketiyle deneysel ve sayısal olarak araştırmaktır. Deneyler, düz dairesel silindir için ReD=1000 ve ReD=5000 Reynolds sayılarında farklı salınım genliklerinde (θA) ve frekans oranlarında (FR) Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçme (PIV) tekniği kullanılarak yapılmıştır. Farklı pürüzlülük katsayılarına (ɛ/D=0.02, 0.04 ve 0.06) ve oluk geometrilerine (dikdörtgen, dairesel ve üçgen) sahip sabit ve döner salınımlı dairesel silindirlerin ReD=5000'de PIV ve sayısal analizleri araştırılmıştır. Sayısal çalışma, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) analizi kullanılarak ReD=5000'de düz ve oluklu silindirlerin sabit ve döner salınımlı hareketlerini kapsamaktadır. Sayısal çalışmalar Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes (RANS) denklemleri kullanılarak, iki boyutlu zamana bağlı k-ω Standart türbülans modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal çalışmayla düz ve oluklu silindirlerin sabit ve döner salınımlı hareketlerinde deneysel çalışmalarda yer almayan sürükleme katsayısı (CD) ve basınç katsayısı (Cp) gibi değerler elde edilmiştir. Döner salınımlı hareketin, silindir art izi bölgesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu, yakın art izi akış yapılarını ve girdap kopma modellerini değiştirdiği sonucuna varılmıştır. Silindir art izi bölgesi ve kayma tabakasının kararsızlığının kontrolü önemli oranda sağlanmıştır. Ek olarak, silindirin döner salınım hareketi, ortalama boyutsuz akış yapısını önemli ölçüde etkilemiştir. Tüm frekans oranları ve salınım genlikleri girdap oluşumu bölgesinde ortalama hız profillerini önemli ölçüde değiştirmiştir.
Galvanizli tel üretim hattinda akişkan yatak tav firini ve çinko firinlarindan çikan atik enerjiyi kullanarak yeni bir kurutma firini tasarlamak
Bu tezin amacı, galvanizli tel üretimi sürecinde ortaya çıkan atık enerjinin geri kazanımı ve doğalgaz tüketimini azaltarak üretim maliyetlerini düşüren bir sistem tasarlamaktır. Galvanizli tel üretim sürecinde, çekilmiş telden başlayarak normalizasyon tavı, yüzey temizleme, kaplama ve koruyucu işlemler gerçekleştirilmektedir. Mevcut sistemde fırından çıkan atık baca gazları yaklaşık 300-500 °C sıcaklıklarında atmosfere verilmektedir. Bu çalışmada, yeni tasarım bir kurutma fırını geliştirilerek, fırından çıkan atık enerji verimli bir şekilde geri kazanılarak kurutma işleminde kullanılmıştır. Bu tasarımın uygulanmasıyla, doğalgaz tüketimi azalmış ve üretim sürecinde enerji verimliliği artmıştır. Ayrıca, çevresel etki de azalmış ve sürdürülebilir bir üretim sistemi sağlanmıştır. Yüksek lisans tezi, süreç simülasyonları, veri analizleri ve tasarım optimizasyonlarıyla desteklenerek, yeni tasarım fırının performansı değerlendirilmiş ve yapılan bu tasarım ile kurutma fırını yıllık enerji maliyeti 889.972,08 TL'den 407.671,2 TL'ye düşmüştür. Elde edilen sonuçlar, galvanizli tel üretim sektöründe enerji verimliliğinin artmasına yönelik önemli katkılar sağlamıştır.
Aktif akış kontrol tekniği uygulanan bir silindir etrafında sıcaklık ve hız dağılımlarının deneysel olarak incelenmesi
Akış alanının karakteri akışın temas ettiği cismin geometrik yapısına ve akış özelliklerine göre değişmektedir. Kontrolsüz bir akışta, cisimler üzerinde akış ayrılması oluşacak ve buda girdap kopmaları meydana getirecektir. Oluşan girdaplar cisimler üzerinde titreşimlere neden olacak ve bu titreşimler cisim üzerinde deformasyonlara yol açarak cisimlerin kullanım ömürlerinde azalma meydana getirecektir. Bu çalışmada farklı yüzey geometrisine sahip dönen ve dönmeyen silindirlerin akış ve ısı geçişine etkilerinin deneysel olarak incelenmesi hedeflenmiştir. Çalışmada, üst akış bölgesinde bulunan silindire bir servo hareket sistemine bağlanarak dönme hızının sıfır olduğu hareketsiz durumda ve farklı dönme hızlarında döndürülerek iz bölgesindeki girdap kopmalarının ve kayma tabakasının alt akış bölgesinde bulunan silindirler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneyler, kapalı devre üzeri açık su kanalında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, yüzey pürüzlülüklerinin derinlik genişlik oranları (ɛ/z), dönme hızı (α), Reynolds sayısı (Re), üst akış bölgesindeki silindirler alt akış bölgesinde bulunan silindirler arasındaki mesafe (L/D) ve pürüzlülük geometrisi (kare, üçgen ve dairesel oluklu) gibi bağımsız parametrelerin akışa ve ısı transferine etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışma sonunda Re=1400 için optimum L/D mesafesi L/D=1, Re=2700 ve Re=5000 için optimum L/D mesafesi L/D=2 olarak tespit edilmiş ve deneyler gerçekleştirilmiştir. Reynolds sayısının atması ile birlikte Nusselt sayısının da artığı görülmüştür. Farklı yüzey pürüzlülüğüne sahip silindirlerin düz silindire göre ısı geçişinde ve akış yapısında çok önemli bir etkiye sahip olmadığı fakat düz silindire göre yüzeyi pürüzlü olan silindirlerin akış ayrılma noktasını daralttığı görülmüştür. Yüksek dönme hızlarının ise ısı transferini olumlu yönde etkilediği ve Nusselt sayısını artırdığı görülmüştür.
Aktif akış kontrol tekniği uygulanan bir silindir etrafında sıcaklık ve hız dağılımlarının deneysel olarak incelenmesi
Akış alanının karakteri akışın temas ettiği cismin geometrik yapısına ve akış özelliklerine göre değişmektedir. Kontrolsüz bir akışta, cisimler üzerinde akış ayrılması oluşacak ve buda girdap kopmaları meydana getirecektir. Oluşan girdaplar cisimler üzerinde titreşimlere neden olacak ve bu titreşimler cisim üzerinde deformasyonlara yol açarak cisimlerin kullanım ömürlerinde azalma meydana getirecektir. Bu çalışmada farklı yüzey geometrisine sahip dönen ve dönmeyen silindirlerin akış ve ısı geçişine etkilerinin deneysel olarak incelenmesi hedeflenmiştir. Çalışmada, üst akış bölgesinde bulunan silindire bir servo hareket sistemine bağlanarak dönme hızının sıfır olduğu hareketsiz durumda ve farklı dönme hızlarında döndürülerek iz bölgesindeki girdap kopmalarının ve kayma tabakasının alt akış bölgesinde bulunan silindirler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneyler, kapalı devre üzeri açık su kanalında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, yüzey pürüzlülüklerinin derinlik genişlik oranları (ɛ/z), dönme hızı (α), Reynolds sayısı (Re), üst akış bölgesindeki silindirler alt akış bölgesinde bulunan silindirler arasındaki mesafe (L/D) ve pürüzlülük geometrisi (kare, üçgen ve dairesel oluklu) gibi bağımsız parametrelerin akışa ve ısı transferine etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışma sonunda Re=1400 için optimum L/D mesafesi L/D=1, Re=2700 ve Re=5000 için optimum L/D mesafesi L/D=2 olarak tespit edilmiş ve deneyler gerçekleştirilmiştir. Reynolds sayısının atması ile birlikte Nusselt sayısının da artığı görülmüştür. Farklı yüzey pürüzlülüğüne sahip silindirlerin düz silindire göre ısı geçişinde ve akış yapısında çok önemli bir etkiye sahip olmadığı fakat düz silindire göre yüzeyi pürüzlü olan silindirlerin akış ayrılma noktasını daralttığı görülmüştür. Yüksek dönme hızlarının ise ısı transferini olumlu yönde etkilediği ve Nusselt sayısını artırdığı görülmüştür.
Aktif akış kontrol tekniği uygulanan bir silindir etrafında sıcaklık ve hız dağılımlarının deneysel olarak incelenmesi
Akış alanının karakteri akışın temas ettiği cismin geometrik yapısına ve akış özelliklerine göre değişmektedir. Kontrolsüz bir akışta, cisimler üzerinde akış ayrılması oluşacak ve buda girdap kopmaları meydana getirecektir. Oluşan girdaplar cisimler üzerinde titreşimlere neden olacak ve bu titreşimler cisim üzerinde deformasyonlara yol açarak cisimlerin kullanım ömürlerinde azalma meydana getirecektir. Bu çalışmada farklı yüzey geometrisine sahip dönen ve dönmeyen silindirlerin akış ve ısı geçişine etkilerinin deneysel olarak incelenmesi hedeflenmiştir. Çalışmada, üst akış bölgesinde bulunan silindire bir servo hareket sistemine bağlanarak dönme hızının sıfır olduğu hareketsiz durumda ve farklı dönme hızlarında döndürülerek iz bölgesindeki girdap kopmalarının ve kayma tabakasının alt akış bölgesinde bulunan silindirler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneyler, kapalı devre üzeri açık su kanalında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, yüzey pürüzlülüklerinin derinlik genişlik oranları (ɛ/z), dönme hızı (α), Reynolds sayısı (Re), üst akış bölgesindeki silindirler alt akış bölgesinde bulunan silindirler arasındaki mesafe (L/D) ve pürüzlülük geometrisi (kare, üçgen ve dairesel oluklu) gibi bağımsız parametrelerin akışa ve ısı transferine etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışma sonunda Re=1400 için optimum L/D mesafesi L/D=1, Re=2700 ve Re=5000 için optimum L/D mesafesi L/D=2 olarak tespit edilmiş ve deneyler gerçekleştirilmiştir. Reynolds sayısının atması ile birlikte Nusselt sayısının da artığı görülmüştür. Farklı yüzey pürüzlülüğüne sahip silindirlerin düz silindire göre ısı geçişinde ve akış yapısında çok önemli bir etkiye sahip olmadığı fakat düz silindire göre yüzeyi pürüzlü olan silindirlerin akış ayrılma noktasını daralttığı görülmüştür. Yüksek dönme hızlarının ise ısı transferini olumlu yönde etkilediği ve Nusselt sayısını artırdığı görülmüştür.
İklimlendirilmesi yapılan bir mahalin hız ve sıcaklık dağılımının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Havanın odaya verilmesi, dağılması ve emişi menfez ve difüzörler ile sağlanmaktadır. Gerekli hesaplamalar yapıldıktan sonra doğru menfez seçilemez ise termal konfor sağlanamaz. Termal konfor problemi yaşayan binalara incelendiğinde sorunun büyük kısmının uygun olmayan menfez ve difüzör seçiminden kaynaklandığı görülmektedir. Bu da büyük maliyetler oluşturmaktadır. Bu tezde, boyutları 4x3x3,5 metre olan ofis odasını havalandırmak için farklı menfez ve difüzör tipleri (kare, slot, jet) kullanıldığı kabul edilmiştir. Termal konfor, zeminden 0,1, 0,6 ve 1,1 metre yükseklikteki ısıl rahatlık indisi (PMV) ve tahmin edilen yüzde memnuniyetsizliği (PPD) endeksleri ile incelenmiştir. Bu incelemeler hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile sayısal olarak çözülmüştür. Çözümlemelerde RNG k – ε türbülans modeli kullanılmıştır. Menfez hava çıkış hızı 2,5 m/s olarak hesaplanmış ve odaya klima santrali ile %100 taze hava verildiği kabul edilmiştir. Osmaniye ili yaz şartlarına göre ısı kaybı/kazancı hesabı yapılmış buna göre mahalin duvarlarına, tabana ve tavana ısı akısı verilmiştir. Oda içerisinde buzdolabı, lamba, insan bulunduğu kabul edilerek bunlara da ısı akısı verilmiştir. PMV ve PPD değerleri hesaplanırken hız ve sıcaklık değeri HAD ile hesaplanmış, aktivite seviyesi (metabolik oran), ortalama ışınım sıcaklığı kıyafet termal direnci, bağıl nem değerleri sabit alınmıştır. Farklı menfezlerden elde edilen PMV ve PPD değerleri birbiri ile kıyaslanmıştır. Kıyaslama sonucunda, kare menfezin termal konforu en çok sağladığı belirlenmiştir. Bu tezde ayrıca içerisinde jet nozul bulunan 1/10 ölçeğinde bir ofis modeli yapılarak Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçüm (PIV) tekniği kullanarak ofis modeli içerisindeki akış analizi deneysel olarak incelenmiştir. Deneyden ve HAD' dan elde edilen hız değerleri karşılaştırılmış ve sonuçların uyumlu olduğu görülmüştür.
İklimlendirilmesi yapılan bir mahalin hız ve sıcaklık dağılımının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Havanın odaya verilmesi, dağılması ve emişi menfez ve difüzörler ile sağlanmaktadır. Gerekli hesaplamalar yapıldıktan sonra doğru menfez seçilemez ise termal konfor sağlanamaz. Termal konfor problemi yaşayan binalara incelendiğinde sorunun büyük kısmının uygun olmayan menfez ve difüzör seçiminden kaynaklandığı görülmektedir. Bu da büyük maliyetler oluşturmaktadır. Bu tezde, boyutları 4x3x3,5 metre olan ofis odasını havalandırmak için farklı menfez ve difüzör tipleri (kare, slot, jet) kullanıldığı kabul edilmiştir. Termal konfor, zeminden 0,1, 0,6 ve 1,1 metre yükseklikteki ısıl rahatlık indisi (PMV) ve tahmin edilen yüzde memnuniyetsizliği (PPD) endeksleri ile incelenmiştir. Bu incelemeler hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile sayısal olarak çözülmüştür. Çözümlemelerde RNG k – ε türbülans modeli kullanılmıştır. Menfez hava çıkış hızı 2,5 m/s olarak hesaplanmış ve odaya klima santrali ile %100 taze hava verildiği kabul edilmiştir. Osmaniye ili yaz şartlarına göre ısı kaybı/kazancı hesabı yapılmış buna göre mahalin duvarlarına, tabana ve tavana ısı akısı verilmiştir. Oda içerisinde buzdolabı, lamba, insan bulunduğu kabul edilerek bunlara da ısı akısı verilmiştir. PMV ve PPD değerleri hesaplanırken hız ve sıcaklık değeri HAD ile hesaplanmış, aktivite seviyesi (metabolik oran), ortalama ışınım sıcaklığı kıyafet termal direnci, bağıl nem değerleri sabit alınmıştır. Farklı menfezlerden elde edilen PMV ve PPD değerleri birbiri ile kıyaslanmıştır. Kıyaslama sonucunda, kare menfezin termal konforu en çok sağladığı belirlenmiştir. Bu tezde ayrıca içerisinde jet nozul bulunan 1/10 ölçeğinde bir ofis modeli yapılarak Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçüm (PIV) tekniği kullanarak ofis modeli içerisindeki akış analizi deneysel olarak incelenmiştir. Deneyden ve HAD' dan elde edilen hız değerleri karşılaştırılmış ve sonuçların uyumlu olduğu görülmüştür.
İklimlendirilmesi yapılan bir mahalin hız ve sıcaklık dağılımının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Havanın odaya verilmesi, dağılması ve emişi menfez ve difüzörler ile sağlanmaktadır. Gerekli hesaplamalar yapıldıktan sonra doğru menfez seçilemez ise termal konfor sağlanamaz. Termal konfor problemi yaşayan binalara incelendiğinde sorunun büyük kısmının uygun olmayan menfez ve difüzör seçiminden kaynaklandığı görülmektedir. Bu da büyük maliyetler oluşturmaktadır. Bu tezde, boyutları 4x3x3,5 metre olan ofis odasını havalandırmak için farklı menfez ve difüzör tipleri (kare, slot, jet) kullanıldığı kabul edilmiştir. Termal konfor, zeminden 0,1, 0,6 ve 1,1 metre yükseklikteki ısıl rahatlık indisi (PMV) ve tahmin edilen yüzde memnuniyetsizliği (PPD) endeksleri ile incelenmiştir. Bu incelemeler hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile sayısal olarak çözülmüştür. Çözümlemelerde RNG k – ε türbülans modeli kullanılmıştır. Menfez hava çıkış hızı 2,5 m/s olarak hesaplanmış ve odaya klima santrali ile %100 taze hava verildiği kabul edilmiştir. Osmaniye ili yaz şartlarına göre ısı kaybı/kazancı hesabı yapılmış buna göre mahalin duvarlarına, tabana ve tavana ısı akısı verilmiştir. Oda içerisinde buzdolabı, lamba, insan bulunduğu kabul edilerek bunlara da ısı akısı verilmiştir. PMV ve PPD değerleri hesaplanırken hız ve sıcaklık değeri HAD ile hesaplanmış, aktivite seviyesi (metabolik oran), ortalama ışınım sıcaklığı kıyafet termal direnci, bağıl nem değerleri sabit alınmıştır. Farklı menfezlerden elde edilen PMV ve PPD değerleri birbiri ile kıyaslanmıştır. Kıyaslama sonucunda, kare menfezin termal konforu en çok sağladığı belirlenmiştir. Bu tezde ayrıca içerisinde jet nozul bulunan 1/10 ölçeğinde bir ofis modeli yapılarak Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçüm (PIV) tekniği kullanarak ofis modeli içerisindeki akış analizi deneysel olarak incelenmiştir. Deneyden ve HAD' dan elde edilen hız değerleri karşılaştırılmış ve sonuçların uyumlu olduğu görülmüştür.
Dönen bir silindirin, arkasında bulunan tekli ve çoklu silindirlerde ısı geçişine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Isı transferi mühendislik uygulamalarında önemli bir yer kaplamaktadır, hem ısı transferi hem de akışkanlar mekaniğinin birlikte incelenmesi önemli bir çalışma alanıdır. Çalışma kapsamında bir su kanalı içerisinde ısıtılan silindirin çevresine olan kontrollü ısı geçişleri incelenmiştir. Öncelikle tek başına ısıtılan ana silindir için ısı geçişleri incelenmiş ardından üst akış bölgesine kontrol silindiri yerleştirilmesi ile çalışmalar devam etmiştir. Deneysel çalışmalar da kullanılan kontrol silindiri öncelikle düz geometri (oluksuz yapı) ardından oluklu geometri (üçgensel, dairesel, dikdörtgensel) yapısı ile kullanılmıştır. Deneysel çıktılarının kaydedilmesi ve istenen aktif akış kontrol uygulamalarını sağlamak için SCADA (kontrol ve veri kayıt sistemi) kontrol sistemi tasarlanmıştır. Kontrol silindirinin sabit bir konumda tutulmuş (pasif akış kontrolü) ardından farklı açısal salınım ve devirlerde hareket ettirilmesi ise servo-motor sistemi ile sağlanmış ve veriler kaydedilmiştir. Re=5000'de (akış hızı) akış alanı içerisinde farklı L/D mesafesi, farklı açısal salınım ve dönüş hızlarında deneyler tekrarlanmıştır. Tekli, ikili, çoklu ve beşli deneylerin yapıldığı akış alanında ana silindir farklı konfigürasyonlarında elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tez çalışması kapsamında ölçülen sıcaklık değerlerine göre hesaplanan Nu değerleri deneylerin başarı oranını (ısı geçişlerindeki pozitif etkiyi) ifade etmektedir.
Dönen bir silindirin, arkasında bulunan tekli ve çoklu silindirlerde ısı geçişine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Isı transferi mühendislik uygulamalarında önemli bir yer kaplamaktadır, hem ısı transferi hem de akışkanlar mekaniğinin birlikte incelenmesi önemli bir çalışma alanıdır. Çalışma kapsamında bir su kanalı içerisinde ısıtılan silindirin çevresine olan kontrollü ısı geçişleri incelenmiştir. Öncelikle tek başına ısıtılan ana silindir için ısı geçişleri incelenmiş ardından üst akış bölgesine kontrol silindiri yerleştirilmesi ile çalışmalar devam etmiştir. Deneysel çalışmalar da kullanılan kontrol silindiri öncelikle düz geometri (oluksuz yapı) ardından oluklu geometri (üçgensel, dairesel, dikdörtgensel) yapısı ile kullanılmıştır. Deneysel çıktılarının kaydedilmesi ve istenen aktif akış kontrol uygulamalarını sağlamak için SCADA (kontrol ve veri kayıt sistemi) kontrol sistemi tasarlanmıştır. Kontrol silindirinin sabit bir konumda tutulmuş (pasif akış kontrolü) ardından farklı açısal salınım ve devirlerde hareket ettirilmesi ise servo-motor sistemi ile sağlanmış ve veriler kaydedilmiştir. Re=5000'de (akış hızı) akış alanı içerisinde farklı L/D mesafesi, farklı açısal salınım ve dönüş hızlarında deneyler tekrarlanmıştır. Tekli, ikili, çoklu ve beşli deneylerin yapıldığı akış alanında ana silindir farklı konfigürasyonlarında elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tez çalışması kapsamında ölçülen sıcaklık değerlerine göre hesaplanan Nu değerleri deneylerin başarı oranını (ısı geçişlerindeki pozitif etkiyi) ifade etmektedir.