Theses supervised by Prof. Dr. Muhsin Kılıç
10 theses · Bursa Uludağ Üni̇versi̇ty
Aerodinamik kanatlı radyal fan tasarımı ve sayısal analizi
Bu tez çalışmasında aerodinamik kanatlı radyal fan tasarımı yapılması amaçlanmıştır. Literatürde birçok fan sistemi bulunmaktadır. Bu sebepten dolayı ilk olarak fanlar hakkında kapsamlı literatür çalışması yapılarak fan seçim kriterleri verilmiş ardından radyal fan tasarımı içerisinde değiştirilen kanat yapılarının sonuca olan etkisi incelenmiştir. Bu amaçla ilk olarak farklı aerodinamik kanat yapıları analiz edilerek her bir kanat yapısının hız, basınç, akış çizgisi ve kaldırma katsayısı sonuçları verilmiştir. İncelenen analizler doğrultusunda NACA 0006 ve EPPLER 421 kanat yapıları seçilmiştir. Seçilen aerodinamik kanat yapıları ve sabit kesitli kanat yapısı kullanılarak altı farklı fan tasarımı CAD ortamında modellenmiştir ve analiz için uygun hale getirilmiştir. Analizler çark içerisinde bulunan kanat yapıları ve kanatların pozisyonları değiştirilerek gerçekleştirilmiştir. Aerodinamik kanat yapıları kullanılarak modellenen fan tasarımları analiz edilerek sonuçlar karşılaştırılmıştır. Analizler doğrultusunda seçilen aerodinamik kanatlı radyal fan ile sabit kesitli kanatlara sahip radyal fan sistemi farklı debiler altında çözümlenerek fan performans eğrileri elde edilmiş ve kanat yapısının performansa olan etkisi incelenmiştir.
Organik rankıne çevriminin termodinamik analizi ve termoekonomik optimizasyonu
Bu çalışmada, atık ısı kaynaklı dört farklı organik Rankine çevrimi (ORÇ) konfigürasyonu tasarlanarak modellemesi yapılmıştır. Seçilen yedi farklı akışkan için ORÇ konfigürasyonlarının karşılaştırmalı termodinamik ve termoekonomik analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca artan buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıklarının tasarlanan sistemlerin termodinamik ve termoekonomik yönden performans parametrelerini ne yönde etkilediğine dair parametrik analiz gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, iş akışkanı, buharlaştırıcı sıcaklığı, yoğuşturucu sıcaklığı, türbin verimi, pompa verimi, aşırı kızdırma sıcaklığı ve aşırı soğutma sıcaklığı kontrol edilebilir faktörler olarak belirlenmiştir. Sistemin dört önemli çıktı parametresi amaç fonksiyonunda dikkate alınmıştır. Maksimum termal ve ekserji veriminin, minimum toplam sistem maliyetinin ve sistem tarafından üretilen elektriğin birim maliyetinin sağlanması için kontrol faktörlerinin etki dereceleri ve oranları hesaplanmıştır. Bunun için Taguchi ve ANOVA istatiksel analiz yöntemleri kullanılmıştır. Çıktı parametrelerinin aynı anda gerçekleşmesini sağlayacak optimum sonucun elde edilmesi için Taguchi-Gri İlişkisel Analiz yöntemi ile çok amaçlı optimizasyon probleminin amaç fonksiyonu tanımlanmış ve çözümü gerçekleştirilmiştir. R141b, R123, R245fa, R600, R114 ve R600a akışkanları için en iyi termodinamik performans sonuçları Besleme Sıvı Isıtıcılı-İç Isı Değiştiricili ORÇ için hesaplanmıştır. Dört ORÇ konfigürasyonu içinde kendini en kısa sürede amorti eden sistem basit ORÇ sistemi olmuştur. Taguchi ve ANOVA analizi sonucunda, sistemin termal verimini, ekserji verimini, toplam sistem yatırım maliyetini ve üretilen elektriğin birim maliyetini en çok etkileyen faktörler sırasıyla, buharlaştırıcı sıcaklığı, türbin verimi, iş akışkanı ve iş akışkanıdır. Çok amaçlı optimizasyon işleminde amaç fonksiyonunu maksimize eden kombinasyon, R123 iş akışkanı, 145 oC buharlaşma sıcaklığı, 25 oC yoğuşma sıcaklığı, %90 türbin verimi, %90 pompa verimi, 2 oC aşırı kızdırma ve 5 oC aşırı soğutma sıcaklığı şeklindedir.
Şebekeden bağımsız, güneş ve rüzgar kaynaklı, batarya ve hidrojen depolamalı hibrit enerji sistemlerinin dinamik modellemesi, enerji, ekserji ve seviyelendirilmiş maliyet analizi
Hibrit enerji sistemleri, birden fazla enerji kaynağı ile çalışan enerji sistemlerinden oluşur. Enerji güvenliği ve maliyet, bu sistemlerde dikkate alınması gereken iki önemli unsurdur. Bu doktora tezinde, şebekeden bağımsız, enerji depolamalı hibrit enerji sistemleri, gerçek iklim verileri kullanılarak, geçici rejimde, dinamik olarak modellenmiştir. Elektrik üretiminde rüzgar türbini, dizel jeneratör, fotovoltaik paneller, yakıt hücresi gibi farklı enerji üretim sistemleri çeşitli kombinasyonlar oluşturularak, hibrit olarak modellenmiştir. Ayrıca hidrojen depolama ve batarya gibi farklı enerji depolama alternatifleri de incelenmiştir. Modellenen enerji sistemlerinin yıllık sera gazı salınımları ve seviyelendirilmiş enerji maliyetleri hesaplanmış, en iyi sistem konfigürasyonlarına bu değerler dikkate alınarak karar verilmiştir. Her bir sistem bileşeninin enerji ve ekserji verimleri incelenmiştir. Vaka analizi için seçilen şehirlerden Konya ve İstanbul için rüzgar türbini-FV panel dizisi-yakıt hücresi-elektrolizör ve dizel jeneratör, Trabzon ve Muğla için ise yalnızca FV panel dizisi-yakıt hücresi-elektrolizör ve dizel jeneratörden oluşan hibrit enerji sistemi önerilmiştir. Çalışmanın sonuçları, hibrit enerji sistemlerinin kullanılmasının enerji güvenilirliğini artırdığını ve böylelikle düşük enerji depolama kapasitelerinde bile sistemin yükü minimum atıl enerjiyle, güvenle karşılayabildiğini göstermiştir. Çalışmada ayrıca hidrojen depolama ve batarya depolama alternatifleri, teknik ve ekonomik açıdan karşılaştırılmıştır. Hidrojenin, yüksek kütlesel enerji yoğunluğundan kaynaklı olarak, üretilen enerjiyi daha uzun süreli depolayabildiği ve bu sebeple hidrojen depolamalı sistemlerin yıllık dizel yakıt tüketimleri ve yıllık atıl enerji miktarlarının, batarya depolamalı sistemlere göre daha az olduğu görülmüştür. Küresel enerji ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Yapılan bu çalışma ile hibrit enerji sistemlerinin yüksek verimleri ve düşük yakıt tüketimleri ile hem çevresel hem de ekonomik anlamda önemli faydalar sağlayabileceği vurgulanmıştır.
Klimatik kontrollü treyler içerisindeki hava akışının optimizasyonu
Klimatik kontrollü treyler dondurulmuş ürünlerin taşınmasında sıklıkla kullanılan kara yolu taşıtlarıdır. Genel itibariyle klimatik kontrollü bir treyler taşıyıcı şasi, izolasyonlu kabin ve soğutucu üniteden oluşur. Ürünlerin taşınması sırasında kabin içerisinde yetersiz veya aşırı dereceli bir soğutma yapılması durumunda taşınan ürünlerin kaliteleri ciddi oranda etkilenmektedir. Soğutma performansını etkileyen en önemli faktörler ise hava kanalları ve yükleme koşullarıdır. Bu çalışma kapsamında, treyler içerisindeki hava akışını iyileştirmek amacıyla iki farklı hava kanalı tasarımı yapılmış ve hava kanallarının içi boş kabindeki soğutma performansları hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra kabin içerisine belirli bir seviyeye kadar yük doldurulmuş ve hava kanalının içi dolu kabindeki performansı standart araç ile karşılaştırılmıştır. Yapılan hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi sonuçlarının karşılaştırılması amacıyla gerçek araç testleri yapılmıştır. Test ve analizler kabin içi sıcaklık +30°C'den -20°C'ye inene kadar devam ettirilmiş ve geçen süreler karşılaştırılmıştır. Çalışma sonunda hava kanallarının kabin içi sıcaklığın homojen şekilde dağılmasına fayda sağladığı ve ortalama sıcaklığın -20 °C'ye düşme süresini ciddi oranda iyileştirdiği görülmüştür.
A novel parametric performance analysis of hybrid refrigeration cycles with mechanical and adsorption compression
One of the important technologies that suffer from environmental issues and huge energy consumption is the use of vapor compression cooling cycle (VCC). Therefore, new technologies that use new energy sources should be considered in the cooling industries. One of these new technologies is the adsorption cooling cycle (ACC) which is regarded as one of the most promising methods to overcome the disadvantages of using the VCC systems regardless of ACC low-performance values. Many improvements and progress have recently been applied to increase the effectiveness of the adsorption cooling system. In this study, the (VCC) is combined with the (ACC) to form one cooling system. The difference between the two cooling systems is the compression type. The VCC system uses mechanical compression, while the ACC system utilizes thermal compression. A mathematical code was written and validated to investigate the combined cooling system performance at different operating conditions as the primary goal of this study. In the first part of this study, the performance and energy saving of the proposed combined cooling system were investigated considering the exergy concept using different refrigerants in the VCC unit and silica gel/water pair in the ACC unit. The main goal was to reveal the best refrigerant that provides the highest performance and energy-saving and investigate the relationship between the adsorbent mass and the adsorption cycle time at different VCC evaporator temperatures. In the second part, the coefficient of performance (COP) and the specific cooling power (SCP) of the ACC system were investigated using four different adsorbents at several ACC evaporator and heating temperatures. In the third part, the performance of two different (ACC-VCC) combined cooling system configurations (series and parallel) were evaluated utilizing three different adsorbents in the ACC unit at different ACC evaporator temperatures considering several ambient temperatures and the adsorption cycle durations.
Bir portatif hava temizleme cihazının performansının incelenmesi
Çoğu insan günlük yaşamının büyük bir kısmını iç ortamlarda geçirmektedir. Bu yüzden iç ortam havasının temiz olması, insanların fiziksel ve ruhsal sağlığı açısından çok önemlidir. İç ortam havasının temizlenmesi için farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan bir tanesi de portatif hava temizleme cihazlarıdır. Bu tez çalışmasında da içinde oturan insan olan bir odanın, havasının temizlenmesinde kullanılan portatif hava temizle cihazının performansı incelenmiştir. Cihazın performansı incelenirken temiz hava dağıtım oranı (THDO) ve hava yaşı parametreleri kullanılmıştır. THDO ve hava yaşı parametreleri cihazın farklı konum, üfleme açısı ve üfleme hızları çerçevesinde değerlendirilmiş ve karşılaştırılmıştır. Oda içindeki farklı düzlemlerde hava hızı, sıcaklık ve hava yaşı dağılımları incelenmiş ve yorumlanmıştır. THDO ve hava yaşı değerleri için en uygun üfleme hızı ve açıları belirlenmiştir. Yapılan analizler ve hesaplamalar çerçevesinde cihazın konumunun, farklı üfleme açı ve hızlarının, portatif hava temizleme cihazının performansını etkilediği tespit edilmiştir.
Bir portatif hava temizleme cihazının performansının incelenmesi
Çoğu insan günlük yaşamının büyük bir kısmını iç ortamlarda geçirmektedir. Bu yüzden iç ortam havasının temiz olması, insanların fiziksel ve ruhsal sağlığı açısından çok önemlidir. İç ortam havasının temizlenmesi için farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan bir tanesi de portatif hava temizleme cihazlarıdır. Bu tez çalışmasında da içinde oturan insan olan bir odanın, havasının temizlenmesinde kullanılan portatif hava temizle cihazının performansı incelenmiştir. Cihazın performansı incelenirken temiz hava dağıtım oranı (THDO) ve hava yaşı parametreleri kullanılmıştır. THDO ve hava yaşı parametreleri cihazın farklı konum, üfleme açısı ve üfleme hızları çerçevesinde değerlendirilmiş ve karşılaştırılmıştır. Oda içindeki farklı düzlemlerde hava hızı, sıcaklık ve hava yaşı dağılımları incelenmiş ve yorumlanmıştır. THDO ve hava yaşı değerleri için en uygun üfleme hızı ve açıları belirlenmiştir. Yapılan analizler ve hesaplamalar çerçevesinde cihazın konumunun, farklı üfleme açı ve hızlarının, portatif hava temizleme cihazının performansını etkilediği tespit edilmiştir.
Elektronik elemanların soğutulmasında mini kanallı blok içinde sıvı akışkan uygulamasının performans analizi
Elektronik ekipmanların çalışma performansını olumsuz etkileyen fazla ısının atılması gelişen teknoloji, artan güç ve küçülen boyutlar dolayısıyla önemli bir teknolojik problemdir. Bu kapsamda mini kanallı sıvı soğutmalı soğutucu bloklar üzerine araştırma çalışmaları giderek artmaktadır. Soğutucu blokların yüksek ısı transferi performansına sahip olması beklenirken işletim maliyetleri açısından basınç düşümünün en az seviyede olması istenmektedir. Bu durum soğutucu bloğun tasarımında geometrik yapının istenen performans kriterlerine göre optimizasyonunu gerektirmektedir. Bu çalışmada 100 W/cm2 ısı akısı üreten bir yonganın soğutulması için kullanılacak 20 mm x 20 mm taban yüzey alanına sahip mini kanallı su soğutmalı bir bloğun tasarımında yüksek ısı transferi ve düşük basınç kayıpları için üç farklı malzeme ile laminer ve türbülanslı akış koşulları altında optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çalışmada Taguchi ortogonal matrisinden yararlanılarak farklı malzemeler ve farklı kanal boyutlarında tasarlanan mini kanallı soğutucunun performansı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) kullanılarak hesaplanmıştır. Optimizasyon değerlendirme ölçütü olarak basınç kaybı ve tabanda oluşan maksimum sıcaklığın en düşük olması göz önünde bulundurulmuştur. Her iki ölçütün birlikte değerlendirilmesi için Çok Yanıtlı Taguchi Analizinden yararlanılmıştır. Sıcaklık ve basınç kaybı değerlerine farklı ağırlık değerleri verilerek bulunan sonuçlar karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır. Ayrıca bu yönteme ek olarak yeni bir değerlendirme formu geliştirilmiştir. Bu tez Tübitak tarafından desteklenen 5160107 numaralı proje kapsamındaki çalışmalardan hazırlanmıştır.
Motorlu kara taşıtlarında meydana gelen maddi hasarlı trafik kazalarının ülke ekonomisine etkisi
Türkiye İstatistik Kurumu verilerine göre ülkemizde araç sayısı 22 milyonu aşmış durumdadır. Araç sayısının fazlalığı ulaşımda birçok problemi beraberinde getirmektedir. Bunlardan en önemlisi kara yolları üzerinde hareket halinde bulunan araçların karıştığı ölüm, yaralanma ve maddi hasarla sonuçlanan olaylardır. TÜİK verilerine göre 2018 yılında toplam 1 230 000 yakın kaza meydana gelmiştir. Trafik kazaları ölüm ve yaralanmaların dışında büyük miktarlarda ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Trafik kazaları hakkında tutulan veriler ve hesaplanan istatistikler, trafik kazaları hakkında genel bilgiler vermektedir. Oysa trafik kazalarının vermiş oldukları zararlar dolayısıyla ayrı ayrı değerlendirilmesi, trafik kazalarının sonuçlarının vermiş oldukları zararların büyüklüğü dolayısıyla daha fazla önem göstermektedir. Türkiye'de oluşan trafik kazalarının maddi bilançosunun yaklaşık 39 milyar lira tutarı geçmektedir. Bu rakamın Türkiye'nin ithalata bağlı cari açığındaki etkisi çok büyüktür. Bugüne kadar Trafik kazalarından sonra değişmesi gereken ithal parçaların cari açığa etkisi ile alakalı bir çalışma bulunmamaktadır. Çalışmamızda tüm bu eksiklikler ve olumsuzluklar dikkate alınarak, maliyet eksenli ileride yapılacak kaza analizlerinin doğruluğu, tutarlılığı ve bilimselliği açısından ortaya yeni veriler sunmaktadır.
Elektrikli araçlarda ısıtma ve soğutma durumlarında enerji yönetimi
Günümüzde geleneksel içten yanmalı motorların yerini çevreci ve daha verimli olan elektrikli araçlar almaktadır. Elektrikli araçların genel yapısı elektrik motoru, batarya, kabin ve ısıtma-soğutma sistemi olarak sınıflandırılır. İnsanların otomobilleri ile seyahatleri süresince mevsim koşullarına göre optimum konfor şartlarının sağlanması gerekmektedir. Elektrikli araçlardaki konfor şartlarının sağlanması için ısıtma ve soğutma süreçlerinde enerji tüketimi ve yönetimi bataryadaki şarj oranının azalmasına sebep olmaktadır. Pil durumu ile orantılı olarak etkilenen sürüş menzili nedeniyle elektrikli araçlarda enerji yönetimi konusu çözülmesi gereken önemli bir problem olarak ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada, ortaya çıkan bu problemin çözümüne yönelik olarak MATLAB Simulink ortamında elektrikli araçlar üzerinde yer alan kabin, elektrik motorları, batarya bloğu, ısıtma-soğutma sistem elemanları gibi aracın tamamını içeren enerji yönetim modeli hazırlanarak, elektrikli araçlar için ısıtma ve soğutma süreci farklı çalışma koşulları altında incelenmiştir. Modelde, ısıtma ve soğutma için ısı pompası yanında gerektiğinde kullanılmak üzere PTC ısıtıcıda yer almaktadır. Isı pompaları, aynı sistem elemanları üzerinden ısıtma ve soğutma için kullanılabilen cihazlardır. Konfor koşulları dikkate alınarak belirlenen kabin içi sıcaklık hedefi doğrultusunda, ısıtma ve soğutma süreci yönetildi. Model, uluslararası tanınan NEDC ve FTP75 koşullarına ek olarak sabit hızlı araç çevrimi koşturularak kabin içi sıcaklık ve enerji tüketim analizleri gerçekleştirildi. Elektrikli araçta ısıtma-soğutma sürecinde sistem elemanlarının her birinin ayrı ayrı enerji tüketimleri ve sistemin tamamının enerji tüketimi incelenmiştir. Farklı yol çalışma koşulları altında, kabin içi sıcaklığın zamanla değişimi, anlık güç ve birikimli enerji tüketimi hesaplanmıştır. Isıtma ve soğutma süreçlerinin enerji tüketimi şarj oranı ve menzil üzerindeki etkisi incelenerek yorumlanmıştır.