Theses supervised by Prof. Dr. İhsan Dağtekin
10 theses · Fırat University
Pasif iklimlendirme sisteminde değişik tiplerde toprak-hava ısı değiştiricilerinin sayısal incelenmesi
Bu çalışmada, Bitlis (Türkiye) ilinin yaz ve kış iklim koşulları için üç boyutlu olarak modellenen eşit boru uzunluklarına sahip farklı tipteki 8 adet toprak–hava ısı değiştirici (THID) sisteminin (4 adet yatay ve 4 adet düşey) soğutma ve ısıtma performans analizleri ANSYS Fluent 19.2 yazılım programında araştırılmıştır. THID sistemlerinin ısıl analizleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğine (HAD) dayalı yazılım programının kararlı koşul durumunda standart k-ε türbülans modeli kullanılarak değerlendirilmiştir. Re sayısının 2x104 değeri için gerçekleştirilen ısıl analizler sonucunda en iyi ısıl performansı Y–Model III ve D–Model IV THID sistemleri sağlamıştır. Parametrik analizler sonucunda hava giriş hızı ve boru iç çapındaki artışın THID ısıl performansını önemli derecede etkilediği bunula birlikte toprak ısıl iletkenliğinin THID ısıl performansını daha az etkilediği tespit edilmiştir. En iyi ısıl performansı sağlayan THID sistemleri (Y–model III ve D–model IV) için Re sayısının farklı değerleri (Re = 5x103, 104, 2x104, 4x104, 6x104, 8x104, 105) kullanılarak daha kapsamlı soğutma ve ısıtma performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Soğutma durumunda Re sayısının 5x103, 104, 2x104, 4x104, 6x104 ve 8x104 değerleri için en iyi ısıl performansı D–Model IV THID sistemi, Re sayısının 105 değeri için en iyi ısıl performansı Y–Model III THID sistemi sağlamıştır. Isıtma durumunda Re sayısının 5x103, 104 ve 2x104 değerleri için en iyi ısıl performansı D–Model IV THID sistemi, Re sayısının 4x104, 6x104, 8x104 ve 105 değerleri için en iyi ısıl performansı Y–Model III THID sistemi sağlamıştır. En yüksek COP değerleri soğutma ve ısıtma durumları için sırasıyla 505.735 ve 1146.719 ile D–Model IV THID sistemi tarafından sağlanmıştır. En yüksek ekserji kaybı hızları soğutma ve ısıtma durumları için sırasıyla 32.586 W ve 52.728 W ile D–Model IV THID sisteminden elde edilmiştir. En yüksek ekserji verimlerini soğutma ve ısıtma durumları için sırasıyla %42.56 ve %45.90 ile D–Model IV THID sistemi sağlamıştır.
Çarpan jetlerde ısı-kütle transferi analizi
Isı transfer katsayısının tespitinin zor olduğu durumlarda, bilhassa cidar-iletim hatalarının önüne geçmek amacıyla, ölçüm için yüksek teknolojilerin kullanılması gerekebilmektedir. Bu durum ölçüm maliyetlerini çok yükseğe çıkarmaktadır. Fakat özellikle son yıllarda ısı transfer katsayısı tespiti için farklı yöntemler uygulanmaktadır. Bu tez çalışmasında da, endüstriyel pek çok alanda kullanılan ve yüksek ısı ve kütle transferi kabiliyetine sahip olan çarpan jetlerde, son yıllarda geliştirilen yöntemlerden biri olan ve kütle transfer tekniğini esas alan naftalin süblimleşme tekniği kullanılmıştır. Naftalin kendisine ait özel kokusu olan, parlak kristal yapılı beyaz renkli bir bileşiktir. Organik yapıdadır ve organik kimyanın aromatik bileşikler sınıfına girer. Süblimleşme özelliği olan naftalinin sıvı formu bulunmamaktadır ve naftalin süblimleşme tekniği doğru ölçümler elde etmemizi sağlar. Fakat yöntemin doğru sonuçlar vermesi için katı naftalinin yoğunluğu, doymuş buhar yoğunluğu/basıncı ve havadaki kütle difüzyon katsayısı/Schmdit sayısının doğru tespit edilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışması için oluşturulan deney düzeneği, Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü Akışkanlar Mekaniği laboratuvarında kurulmuş olup, bir sehpa üzerine yerleştirilmiş hassas bir terazinin üzerinde yer alan naftalin tabletleri ve ona çarptırılan ısıtılmış hava jetinden oluşmaktadır. Yapılan çalışmalar neticesinde, kütle kaybı ölçümü için deneyden önce ve sonra tartımı yapılan numunelere ait kütle farkları ve bu esnada geçen süre göz önüne alınarak hesaplanılan süblimleşme miktarlarının ardından görülmüştür ki, jet çıkış sıcaklığının değişimi arttıkça kütle transferi de ısı transferi de aynı oranda artmıştır. Reynolds sayısının artımı ise hem kütle transferini hem de ısı transferini arttırıcı yönde etki etmiştir.
Bir emme manifoldundaki akışın sayısal olarak incelenmesi
Bu çalışmada;üçfarklıemme manifoldusolidworksporgramındatasarlanarak,bumanifoldlarınhız parametreleri,HesaplamalıAkışkanlarDinamiği(HAD) analiziile sayısalolarak incelenmiş veemme manifoldu sayısalmodelitasarımıiçindört silindirlibir aracınmanifold modelikullanılmıştır. Analizlerde akışkanolarakhavakullanılmıştır. Emmemanifolduna farklı hızlar verilerekemme kanallarınıngirişaçılarınınetkilerive çıkış debileri incelenmiştir. Sayısal çözümlemede ANSYSFluentyazılımı emme manifolduiç akışınıanalizetmekiçinkullanılmıştır.Analiz sonuçları doğrultusundaemmemanifoldu için eniyiiç akış koşullarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Literatürdeki tasarım ile karşılaştırılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. Emme kanallarının çıkış hızlarının silindir içerisine eşit olarak dağılması için en uygun tasarım belirlenmiştir.
Üst yüzeyinde engeller bulunan ve alt kısmı ondüleli bir kanalda akışın ve ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi
Bu çalışmada üst yüzeyine aralıklı olarak iki blok yerleştirilmiş alt yüzeyi ondüleli bir kanalda laminar akış ve ısı transferi incelenmiştir. Elektronik elemanları simule eden iki blok kanal üst yüzeyine yerleştirilmiştir ve bloklar üniform ısı akısına maruz bırakılmıştır. Bloklar yüzeyindeki ısı akısı 250 W/m2 kabul edilmiştir. Kanalın alt ve üst duvarları yalıtımlıdır. Çalışma akışkanı olarak hava (Pr = 0.718) kullanılmakta ve hava kanala üniform hızla girmektedir. Hesaplamalar farklı Re sayıları (Re = 500, 1000, 1500, 2000, 2500) için yapılmaktadır. Problem sıkıştırılamaz, sürekli, iki boyutlu ve laminar akış durumu için incelenmiştir. Ondüleli yüzeyin dalga uzunluğu (p) ve dalga genliği (a) 0.02'den 0.08'e kadar değiştirilerek hesaplamalar yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar sıcaklık, basınç eş eğrileri ile hız vektörleri, yerel ve ortalama Nusselt sayıları, sürtünme faktörleri ve yüzey kayma gerilimleri olarak verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Laminar akış, Ondüleli yüzey, Nusselt sayısı, Sürtünme faktörü
Bir binanın termal konforunu sağlamak için tasarlanan toprak hava ısı değiştiricisinin bilgisayar destekli analizi
Bu çalışmada Elazığ'daki (Türkiye) tipik bir konutun, sürekli çalışma koşulları altında toprak hava ısı değiştiricisi (EAHE) kullanılarak termal konforunu sağlamak için pasif jeotermal soğutma teknolojisi kullanılmıştır. EAHE termal performansı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ANSYS Fluent 12.1 programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. EAHE termal performansının analizi için Elazığ ilinin 2014 yılı Temmuz ayının maksimum ortalama sıcaklık değeri kullanılmıştır. EAHE'nin termal performansı için PVC ve çelik (%0.5 C) olmak üzere iki farklı malzeme kullanılarak farklı toprak derinlikleri (H = 1 m, 2 m, 3 m) için sayısal analizler yapılmıştır. Türbülanslı akışta Reynolds sayısının farklı değerleri (Re = 5x103, 104, 15x103, 2x104, 4x104, 6x104, 105) kullanılarak, problem kararlı koşul durumunda üç boyutlu olarak çözülmüştür. Analizler sonucunda en fazla sıcaklık düşüşü 27.67 K ile 3 m derinliğe gömülü çelik (%0.5 C) boruda, en az sıcaklık düşüşü ise 12.36 K ile 1 m derinliğe gömülü PVC boruda meydana gelmiştir. En iyi termal performansın en küçük hava giriş hızında olduğu ayrıca EAHE malzeme cinsinin termal performansı önemli ölçüde etkilemediği tespit edilmiştir. Farklı toprak derinliklerinde termal analizleri yapılan sayısal model için en iyi termal konfor şartı 1 m toprak derinliğinde elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Toprak Hava Isı Değiştiricisi, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Sıcaklık, Ortalama Nusselt Sayısı
Güneş bacası ve toprak-hava ısı değiştiricisi hibrit sisteminin bir bina için pasif soğutmada kullanılması
Binalarda kullanılan enerjinin önemli bir kısmı, ısıtma, havalandırma ve soğutma amaçlı kullanılmaktadır. Pasif soğutma sistemleri, binalarda istenmeyen iç ısıyı uzaklaştırmak ve ısıl rahatlık sağlamak amacıyla kullanılan ve düşük enerji tüketimi sağlayan teknolojilerdir. Bu alanda birçok soğutma tekniği bulunmakta olup bunları geliştirmek mümkündür. Bu çalışmada, Elazığ (Türkiye) ilindeki tipik bir bina için pasif soğutma sağlamak için Güneş bacası ve toprak-hava ısı değiştirici hibrit sisteminin sayısal olarak çözümlemesi yapılmıştır. Toprak-hava ısı değiştiricisinin ısıl performansı için PVC ve çelik (%0.5 C) olmak üzere iki farklı malzeme kullanılarak 1 metre toprak derinliği için sayısal çözümlemeler yapılmıştır. Türbülanslı akışta Reynolds sayısının farklı değerleri (Re = 5x103, 104, 15x103, 2x104, 4x104, 6x104, 105) kullanılarak, problem kararlı durum koşullarında üç boyutlu olarak çözülmüştür. Güneş bacası soğutma performansını incelemek amacıyla farklı hava kanalı ve hava giriş hızlarında sonuçlar elde edilmiştir. Güneş bacası ve toprak-hava ısı değiştiricisi hibrit sisteminde, farklı Güneş ışınım ve çevre sıcaklık değerleri, çeşitli soğurucu yüzey uzunlukları, baca eğim açıları, kanal ölçüleri ve açıklık boyutlarının sistem performansı üzerindeki etkileri için sonuçlar elde edilmiştir. Sayısal çalışma için ANSYS Fluent 12.1 ve 14.5 paket programı kullanılmıştır. Geometrik model oluşturulması için SolidWorks ve ANSYS Workbench ve oluşturulan modelin elemanlara ayırma işlemi için ANSYS Workbench Mesh Metot kullanılmıştır. Türbülans Modeli olarak standart k-ε model ve Reynolds Normalized Group (RNG) k-ε model kullanılmıştır. Sayısal sonuçları doğrulamak için, literatürdeki deneysel, teorik ve sayısal çalışmalarla karşılaştırmalar yapılmış ve oldukça uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Sonuç olarak, gün içinde Güneş bacası ve toprak-hava ısı değiştirici hibrit sistemi kullanımı ile istenilen soğutma, elektrik kullanımına ihtiyaç duyulmaksızın sağlanabileceği ortaya konulmuştur. Böyle bir hibrit sistemin binalarda kullanılacak uygun tasarımla birlikle, özellikle sıcak yaz günlerinde saatlerce ısıl konfor sağlayacağı anlaşılmıştır. Ayrıca, ihtiyaç duyulan ısıl şartlara ve soğutma kapasitesine bağlı olarak gerekli olan Güneş bacası ve toprak-hava Isı değiştiricisi sayıları ayrıca hesaplanabilir. Bu hibrit sistemlerin, özellikle yaz aylarında veya ılıman iklimli bölgelerde ısıl konforun sağlanması adına yaygın bir biçimde kullanılması beklenmektedir. Bu teknolojilerin avantajları, sınırları ve zorlukları vurgulanmış ve bu konularla ilgili gelecekte ihtiyaç duyulabilecek sistemler önerilmiştir.
Keban ve Karakaya HES'de enerji veriminin iklim parametrelerine bağlı olarak akıllı sistemlerle analizi
Enerji; hayat kalitesini iyileştiren, ekonomik ve sosyal iyileşmeyi sağlayan en önemli faktördür. Ülkelerin büyümesi için sanayileşmeye, sanayileşme için ucuz, temiz ve kesintisiz enerjiye, enerji için ise finans, teknoloji ve insan kaynağına ihtiyaç duyulmaktadır. Ülkemizin enerji tüketiminin her geçen gün artması sebebiyle, diğer enerji alternatifleri karşısında milli kaynak olan suyu kullanan hidroelektrik santrallerinin yapımına ve yüksek verimli bir şekilde işletilmesine gerek duyulmaktadır. Bu çalışmada; Diyarbakır ili sınırları içerisinde bulunan Karakaya Hidroelektrik Santrali ile Elazığ ili sınırları içerisinde bulunan Keban Hidroelektrik Santralinin verim ve üretim değerlerinin yapay sinir ağları ile tahmini yapılmıştır. Bu tahmin çalışmasında santral göl havzasının bulunduğu bölgenin ortalama nem, yağış miktarı, açık yüzey buharlaşma miktarı, ortalama basınç ve sıcaklık gibi meteorolojik verilerinden ve hidroelektrik santralin de gelen suyun debisi, hidrolik düşü, buharlaşan su ve özgül su sarfiyatı gibi santral verilerin son beş yıla ait (2008-2012) aylık ortalamaları alınarak, örneklemeler yapılmıştır. Veriler arasından; meteorolojik ve santral verileri giriş, hidroelektrik santralin üretimi ve verimi de çıkış bilgisi olacak şekilde yapay sinir ağının (YSA) çalışması düzenlenmiştir. Teorik analiz sonucu elde edilen denklemler Matlab ve Excel programları kullanılarak çözülmüş ve grafikler halinde sunulmuştur. Oluşturulan YSA modeli ile Karakaya ve Keban Hidroelektrik Santralinin üretim ve verimi yaklaşık %99 doğrulukla tahmin edilmiş olup, bu da elektrik enerjisi ihtiyacının arttığı günümüzde, bir sonraki yıllara ait taleplerin karşılanmasında yapılacak olan çalışmalara yardımcı olabilecektir.
Farklı pürüzlülüğe sahip borularda giriş ve tam gelişmiş akış bölgesinin deneysel analizi
Değişik pürüzlülüğe sahip borulardaki pürüzlülüğün, giriş ve tam gelişmiş akış bölgesinde, basınç kaybına etkisi ve basıncın zamana göre değişimi deneysel olarak incelenmiştir. Basınç kaybı ölçülürken türbülans çalkantıları da dikkate alınmıştır. Ayrıca tam gelişme bölgesinde belirli bir mesafedeki zaman ortalamalı basınç farkı değerlerinden yola çıkarak Çeper kayma gerilmesi (?w), Darcy sürtünme faktörü (f) hesaplanmış ve Reynolds sayısı ile değişimi grafik olarak gösterilmiştir. Sonuçta Reynolds sayısı arttıkça sürtünme faktörünün azaldığı ve çeper kayma gerilmesinin ise yükseldiği tespit edilmiştir.
Titreşimin çeşitli çarpan jet tipleri üzerindeki etkisinin sayısal incelenmesi
Bu tez çalışmasında, tekli ve çoklu çarpan titreşimli nanoakışkan jetlerin ısı transferi ve akış karakteristiği üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bunun için, farklı parametreler kullanılarak optimum değerler tespit edilmeye çalışılmıştır. Çalışmada araştırılan değişken parametreler su ve su bazlı Al2O3 nanoakışkanın farklı hacimsel derişim oranları (%1, %2, %4 ve %5), Reynolds sayıları (Re = 1000, 5000, 7500, 10000 ve 15000), boyutsuz jet-plaka arası mesafeleri (H/D = 2, 4, 5, 6), titreşim dalga tipleri (sinüs, kare ve üçgen), frekans değerleri (10, 20 ve 30 Hz) ve genlik değerleridir (0,3 0,4 ve 0,5 m/s). Doğrulama amaçlı olarak yapılan deneysel çalışmada H/D = 4, Re = 5000 şartlarında hava jeti titreşimli ve titreşimsiz hallerde ısıtılmış yüzeylere çarptırılmıştır. Sayısal çalışmada, H/D = 4, Re = 7500, f = 20 Hz ve A = 0,5 m/s için sinüs, kare ve üçgen titreşimlerin nanoparçacık eklenmemiş duruma göre % 5 hacimsel derişim oranına sahip nanoparçacık kıyaslandığında, üçgen % 53, sinüs % 53 ve kare % 40'lik bir artış göstermiştir. Re = 5000 ve A = 0,3 m/s için farklı frekanslar karşılaştırıldığında, f = 10 Hz ile f = 30 Hz % 13'lük bir artış olduğu görülmektedir. Aynı şartlar altında ikili jet kullanılması durumunda nanoparçacık eklenmemiş durumun sonuçlarına göre kıyaslandığında, % 5 hacimsel derişim oranı için %18 artış görülmüştür. % 4 ve % 2 hacimsel derişim oranı için % 16 ve son olarak % 1 hacimsel derişim oranı için % 13 oranında artış görülmüştür. Üçlü jet kullanılması durumunda ise nanoparçacık eklenmemiş duruma göre, % 5 hacimsel derişim oranında % 22 ısı transferi artışı görülmüştür. Ayrıca, % 4 ve % 2 hacimsel derişim oranında % 19 son olarak % 1 hacimsel derişim oranında % 14 oranında artış görülmüştür. Sonuç olarak, nanoparçacık eklenen jetlerin ısı transferini arttırdığı ve hacimsel derişim oranının artmasıyla birlikte daha fazla ısı transferi sağlandığı tespit edilmiştir. Ayrıca, farklı titreşim dalga tipleri, frekanslar ve genliklerin jetin performansı üzerinde farklı etkileri olduğu görülmüştür. Son olarak tekli jetlere göre çoklu jetlerin daha fazla ısı transferi sağladığı tespit edilmiştir. Nanoakışkanın kullanımıyla ısı transferinin arttığı, çoklu jetlerin tekli jetlere göre daha fazla ısı transferi sağladığı ve titreşimin Nusselt sayısını artırdığı bulunmuştur.
Tasarlanan bir fren diskinin ısıl ve mekanik davranışının sayısal olarak incelenmesi
Lastikli araçların, demiryolu araçlarının hız kontrolünü sağlamak veya hareket halindeyken hareketini sonlandırmak için farklı fren mekanizmalar kullanılmaktadır. Fren mekanizmaları hareketli cismi sıkıştırarak hareketi yavaşlatma veya sonlandırma yöntemi ile çalışır. Bu sürede oluşan ısı enerjisi olumsuz durumlara neden olabilir. Son yıllarda fren disklerinin maruz kaldığı ısı enerjisi neticesinde disk kullanım ömrünün azaldığı, yüksek ısı enerjisinden dolayı fren mesafesinin arttığı hatta kazalara sebep olduğu görülmüştür. Bu çalışma ile verimliliği yüksek bir fren disk tasarımı yapmak, oluşturulan tasarımı sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak incelenmesi amaçlanmıştır.