5,519
Archived Theses
6
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Islak-kuru soğutucu tasarımı ve performans analizinin yapılması
Bu çalışmada, ıslak kuru soğutucu tasarımı ve performans analizi yapılmıştır. Giriş havası tasarım sıcaklığı, proses suyu giriş ve çıkış sıcaklığı ve debisine göre ısı değiştiricisi tasarımı yapılarak ısı değiştirici yüzey alanı hesaplanmıştır. Hava giriş sıcaklığının istenilenden yüksek olduğu durumlarda ön soğutma yapacak sisleme ile nemlendirme sisteminin seçimi yapılmıştır. Batman ilinde çalışacak soğutucunun, Batman iklim verilerine göre performans analizi incelenmiştir. Sonuç olarak, tüm zamanlarda, istenilen proses suyu çıkış sıcaklığı elde edilmiştir. Soğutucunun çalışma durumu; yıllık saat bazında %78 kuru soğutucu olarak, %22 ıslak kuru soğutucu olarak çalışmaktadır. Sisleme sisteminin en çok çalıştığı temmuz ayında, buharlaşması gereken su miktarı yaklaşık 7 l/dak. ve elektrik tüketimi 5237 kWh olarak hesaplanmıştır.
Osmaniye ili sınırları içerisindeki bir bölgenin rüzgar enerjisi potansiyelinin analiz edilmesi
Türkiye enerji ihtiyacının büyük bir bölümünü ithalat yolu ile sağlayan bir ülkedir. Türkiye'de enerji bağımlılığı ve fosil yakıtların kullanım dezavantajları nedeniyle yenilenebilir enerji kaynakları önem kazanmaktadır. Özellikle rüzgar enerjisi gibi yüksek miktarda yenilenebilir enerji potansiyellerine sahip olunmasından dolayı yatırım ve araştırmaların sayısı giderek artmaktadır. Bu çalışmada rüzgar hızının dağılımının bir sonucu olarak rüzgar enerjisi potansiyeli Akdeniz'in doğusunda bulunan Osmaniye ilinde bir bölgede incelenmiştir. Bu tür rüzgar enerjisi çalışmaları için çoğunlukla kullanılan Weibull ve Rayleigh dağıtım yöntemleri incelenmiştir. Bunun sonucunda bölgenin ilgili yatırımlar için uygun olup olmadığı konusunda fikir veren yaklaşık rüzgar enerjisi potansiyeli elde edilmiştir. Rüzgar verileri, Ocak 2015-Aralık 2015 tarihleri arasında bir yıllık zaman periyodunda rüzgar hızı, rüzgar yönü ve akış süresi olmak üzere 80 m yüksekliğe sahip olan Rüzgar ölçüm direğinden alınmıştır. Weibull parametrelerini belirlemek için grafik metodu kullanılmıştır. k=1.95 ve c=7.41 (m/s) bulunmuştur. Ortalama rüzgar hızı 7.6 m/s ve ortalama rüzgar enerjisi potansiyeli 444.85 (W/m2) olarak bulunmuştur.
Fonksiyonel olarak derecelendirilmiş malzemeden yapılmış dairesel kanatçıklarda termal gerilme analizi
Bu tezde Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzeme'den (FDM) yapılmış ve kararlı durumu ulaşmış dikdörtgen profilli dairesel bir kanatçıktaki sıcaklık dağılımı ve ısıl gerilmeler incelenmiştir. Elastik modül, lineer ısıl genleşme katsayısı ve ısıl iletkenliğin radyal yönde kuvvet fonksiyonu olarak değiştiği, Poisson oranının ise sabit olduğu dairesel bir kanatçıktaki sıcaklık dağılımı ve ısıl gerilmeler analitik olarak elde edilmiştir. Poisson oranın değişken değil de sabit olarak alınmasının ısıl gerilme sonuçlarını nasıl etkilediğini göstermek için Poisson oranının da değişken olduğu durum incelenmiştir. Elastik modül, lineer ısıl genleşme katsayısı, ısıl iletkenlik ve Poisson oranının radyal yönde kuvvet fonksiyonu olarak değiştiği dairesel bir kanatçıktaki ısıl gerilmelerin analitik çözümü mümkün olmadığı için sayısal bir yöntem olan Tamamlayıcı Fonksiyonlar Metodu (TFM) kullanılarak çözülmüştür. Yöntemin doğruluğu analitik çözümün elde edildiği durumun TFM ile çözülmesi ve analitik sonuçlarla karşılaştırılması ile test edilmiştir. Homojensizlik katsayılarının sıcaklık dağılımı ve ısıl gerilmeler üzerine olan etkileri tartışılmıştır. FDM'den yapılmış dairesel bir kanatçığın homojen malzemeye göre daha yüksek uç sıcaklığına sahip olmasına rağmen kanatçık üzerinde daha düşük gerilmelere maruz kalabileceği gösterilmiştir. ısıl iletkenlik ve Poisson oranının radyal yönde kuvvet fonksiyonu olarak değiştiği dairesel bir kanatçıktaki ısıl ge\-ril\-me\-le\-rin analitik çözümü mümkün olmadığı için sayısal bir yöntem olan Tamamlayıcı Fonk\-si\-yon\-lar Metodu (TFM) kullanılarak çözülmüştür. Yöntemin doğruluğu analitik çözümün elde edildiği durumun TFM ile çözülmesi ve analitik sonuçlarla karşılaştırılması ile test edilmiştir. Homojensizlik katsayılarının sıcaklık dağılımı ve ısıl gerilmeler üzerine olan etkileri tartışılmıştır. FDM'den yapılmış dairesel bir kanatçığın homojen malzemeye göre daha yüksek uç sıcaklığına sahip olmasına rağmen kanatçık üzerinde daha düşük gerilmelere maruz kalabileceği gösterilmiştir.
Bir ve iki boyutta işlevsel derecelendirilmiş silindirlerin ısılmekanik incelenmesi
Bu çalışmada, silindir geometriye sahip işlevsel derecelendirilmiş elemanların çeşitli koşullar altında ısılmekanik davranışı sayısal olarak incelenmiştir. Sabit/değişken iç sıcaklık ve basınç, zamana bağlı sıcaklık, farklı büyüklüklerde iç ısı üretimi ve taşınım gibi koşullar altında incelenen silindirlerin sıcaklık, yer değiştirme ve ısıl gerilme dağılımları elde edilmiştir. Seramik-metal karışımı ile elde edilen işlevsel derecelendirme, bir boyutlu incelemeler için Mori-Tanaka yöntemi, iki boyutlu incelemeler için hacim oranlarına dayalı doğrusal karışım kuralı ile gerçekleştirilmiştir. Dört farklı inceleme içeren çalışmada tüm sayısal hesaplamalar pseudospektral Chebyshev yöntemi ile yapılmıştır. Bu yöntem, türevleme matrisi tabanlı olup, diferansiyel denklemi doğrusal denklem sistemine dönüştüren bir yaklaşımdır. İlk incelemede, radyal derecelendirilmiş içi boş silindirlerin elastik davranışları ele alınmıştır. İkinci incelemede, radyal dereceli içi dolu ve boş silindirlerin durağan hal ısılmekanik davranışları tespit edilmiştir. Üçüncü incelemede, ısı iletimi ve yer değiştirme denklemlerinde yer alan etkişelim (coupled) ve atalet (inertia) terimlerinin zamana bağlı ısıl yüklemeler altında etkisi, klasik etkileşimli kuram ve Lord-Shulman kuramları ile irdelenmiştir. Çalışmanın son bölümünde, iki boyutta derecelendirilmiş kalın cidarlı silindirin iç basınç altında elastik davranışı incelenmiştir.
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.
TiB2/B4C karma parçacık takviyeli alüminyum kompozitlerin üretilmesi ve frezelemede işlenebilirliğinin araştırılması
Bu çalışmada, üç farklı hacim oranında TiB2 ve B4C takviyeli alüminyum esaslı kompozitler toz metalürjisi yöntemiyle üretilmiştir. Eşit oranda kullanılan TiB2 ve B4C takviyelerinin toplam hacim oranları ise %6, 12 ve 18'dir. Tozlar hassas terazide tartıldıktan sonra 5 mm çapında zirkonya bilyeler kullanılarak 3 boyutlu karıştırıcıda 2 saat karıştırılmıştır. Sonrasında numunelere 400 MPa basınçta soğuk sıkıştırma ve ardından argon gazı ortamında 620 °C sıcaklıkta 45 dakika süreyle mikrodalgalı sinterleme uygulanmıştır. Üretilen kompozitlerin içyapıları ve makro sertlikleri incelendikten sonra bilgisayarlı sayısal denetimli freze tezgahında 0,10 ve 0,18 mm/diş ilerleme ve 150, 200 ve 250 m/dk kesme hızlarında TiAlN-TiN kaplamalı semente karbür uç kullanılarak işlenmiştir. Kullanılan kesici uçların yanal aşınmaları ve numunelerin yüzey pürüzlülükleri incelenerek kompozitlerin işlenebilirlikleri araştırılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, en yüksek takım ömrü hacimce %6 takviyeli numunede 0,18 mm/diş ilerleme ve 150 m/dk kesme hızında görülürken, en düşük yüzey pürüzlülüğü ise hacimce %18 takviyeli numunede 0,10 mm/diş ilerleme ve 250 m/dk kesme hızında gözlemlenmiştir. Üretilen kompozit numunelerde, takım ömrünün kesme hızı ve takviye oranı ile ters orantılı iken ilerleme ile doğru orantılı olarak değiştiği belirlenmiştir. Ayrıca, kesme hızı ve takviye oranı artarken yüzey pürüzlülüğünün azaldığı ve ilerleme arttıkça ise yüzey pürüzlülüğünün arttığı tespit edilmiştir.
Atık ısı kaynaklı ORÇ sisteminde kullanılan ısı değiştiricilerin tasarımı
Bu çalışmada, demir çelik sanayiinde mamüle plastik şekil verilebilmesi için kullanılan tav fırınlarından atmosfere atılan baca gazı ısısını kullanacak bir ORÇ sistemi için ısı değiştiricilerin tasarımı ve modellemesi gerçekleştirilmiştir. Baca gazı ile ORÇ arasında enerji taşıyıcı akışkan ve yoğuşturucu da soğutucu akışkan olarak su kullanıldığı kabul edilmiştir. ORÇ de iş akışkanı olarak R245fa seçilmiştir. Baca gazı ısı değiştiricisi olarak dairesel kanatçıklı dairesel kesitli borulara sahip ısı değiştirici, buharlaştırıcı olarak AKU tip gövde borulu ısı değiştirici seçilmiş tasarlanmış ve modellenmiştir. Buharlaştırıcıya giren suyun ve çıkan organik akışkanın doymuş buhar olduğu varsayılmıştır. Yoğuşturucu olarak seçilen ısı değiştirici BEM tip gövde borulu ısı değiştiricidir. Yoğuşturucu modelinde iş akışkanı R245fa'nın ısı değiştiriciye kızgın buhar olarak girdiği ve aşırı soğumuş olarak çıktığı kabul edilmiştir. Tasarlanan dairesel kanatçıklı dairesel borulu ısı değiştirici, AKU tip buharlaştırıcı ve BEM tipi yoğuşturucunun ısı transfer yüzey alanları sırası ile 244,8m2-51,6m2-95,4m2 olarak belirlenmiştir. Her bir ısı değiştirici için değişen çalışma aralıklarında performans incelemesi yapılmış sonuçlar verilmiştir. Analizler sonucunda 6,89kg/s baca gazı kütlesel debisinde ve 380°C baca gazı sıcaklığında 1567 kW enerji kazanımı sağlanmıştır.
Ejektörlü soğutma sistemlerinin termodinamik analizi
Buhar sıkıştırmalı klasik soğutma sistemlerinde özellikle soğutma kapasitesinin artırılması veya aynı kapasitede harcanan elektrik enerjinin düşürülmesi üzerine yoğun çalışmalar devam etmektedir. Soğutma sistemlerinde verimin artırılması için çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Bunlardan biri de ejektör uygulamasıdır. Bu çalışmada, yoğuşturucu çıkışına ara ısı eşanjörü ekleyerek soğutucu akışkanın sıcaklığının düşürülerek soğutma kapasitesinin artırılması yöntemi dikkate alınmıştır. Bu şekilde sistemde ilave kazanç elde edilmesi amacıyla sisteme ejektör konularak sistemin termodinamik incelemesi yapılacaktır. Yeni önerilen sistem ile klasik soğutma sistemlerinin karşılaştırması yapılacaktır.
Osmaniye merkez için dış hava koşullarının konfor şartlarına uygunluğunun saatlik bazda değişiminin incelenmesi
İnsanların fiziksel ve zihinsel performansının istenen düzeyde olması ve bulundukları yerlerde bireylerin kendilerini rahat hissetmeleri için belirli bir konfor düzeyinin sağlanması gerekir. Bireylerin bulundukları yerlerdeki termal konforu belirleyen değişkenler; hava sıcaklığı, hava hızı, bağıl nem, bireyin aktivite seviyesi ve kıyafet gibi birçok parametreye bağlıdır. Bu çalışmada, Osmaniye'nin dış ortam koşullarının termal konfor şartlarına uygunluğu saatlik bazda incelenmiştir. Dış ortam koşullarının termal konfor şartlarına uygunluğu ASHRAE standartlarına göre belirlenmiştir. Konfor şartlarının belirlenmesinde, Osmaniye için Meteoroloji Genel Müdürlüğünden alınan 5 yıllık sıcaklık ve bağıl nem değerleri kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, Osmaniye dış ortam koşullarının Ocak, Şubat ve Mart aylarına konfor şartlarından oldukça uzak, Nisan, Mayıs ve Haziran aylarının, genel olarak konfor şartlarına uygun ve diğer aylarında yine konfor şartlarından uzak olduğu söylenebilir.
Bakır-volfram kompozitlerinin mekanik alaşımlama ve sinterleme yöntemleri ile üretilmesi ve karakterizasyonu
Günümüzde, ticari değerlere sahip metal esaslı malzemeler arasında bakır ve bakır esaslı kompozitler gösterdikleri üstün özellikleri nedeniyle farklı uygulamalar için önem arz etmektedir. Sahip oldukları yüksek elektriksel ve termal iletkenlik ve iyi korozyon direnci nedeniyle bakır ve bakır esaslı kompozitler, elektronik paketleme, elektrik kontakları ve kaynak elektrotları gibi termal ve elektronik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, farklı oranda volfram takviye edilen bakır tozları hem karıştırma hem de yüksek enerjili öğütme işlemlerinden geçirilmiştir. Üretilen kompozit tozlarına, tek eksenli soğuk pres ile farklı basınçlar uygulanarak sıkıştırma davranışları incelenmiştir. Farklı pres basınçları ile sıkıştırılan numunelerin 850 °C'de 2sa süre ile yapılan sinterleme sonucunca sinterlenebilirlik davranışları incelenmiştir. Seçilen sıkıştırma basıncı ile farklı sıcaklık ve sürelerde sinterleme yapılarak karşılaştırılmıştır. Üretilen kompozitlerin mikroyapısal karakterizasyonları, X-ışınları difraksiyonu, optik mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Mekanik özellikleri, Vickers mikrosertlik ve aşınma testleri yapılarak ortaya çıkarılmıştır. Son olarak, elektriksel iletkenlik probu kullanılarak üretilen kompozitlerin elektriksel iletkenlikleri incelenmiştir. Sonuçlara göre en yüksek sertlik (110 HV) ve iyi aşınma oranı (0,54±0,09 x10-3 mm3/Nm) değerlerini mekanik alaşımlanmış ağ. %20 W içeren bakır kompozit numunesi göstermiştir.
Baskı devre ısı değiştiricileri için farklı tip yüzey geometrilerinin ısıl performansının incelenmesi
Bu çalışmada, uçak kanadı kanatçıklı ve sinüsoidal kanatçıklı baskı devre ısı değiştiricilerin ısıl ve hidrolik çözümlemeleri yapılmıştır. Uçak kanadı kanatçıklı 2 model ve sinüsoidal kanatçıklı 8 model çalışılmıştır. Modellerin farklı Reynolds sayılarında (Re=1000, Re=2000, Re=3000 ve Re=4000) basınç düşümleri, sürtünme faktörleri, Nusselt sayıları ve performans değerlendirme kriterleri incelenmiştir. Reynolds sayısının artması performans değerlendirme kriterini düşürmektedir. Performans değerlendirmesi yapılan 0 derece-0 derece uçak kanatçıklı model referans alınmıştır. Buna göre, sinüsoidal kanatçıklı model (Model VIII) için Reynolds 1000 için performans değerlendirme kriteri 1,07 iken, uçak kanadı kanatçıklı (15 derece- 15 derece) için ise aynı Reynolds sayısında performans değerlendirme kriteri 1,187'dir. Dolayısıyla en verimli model 15 derece- 15 derece uçak kanadı kanatçıklı modeldir
Kuru, minimum miktarda yağlama ve nano-minimum miktarda yağlama sistemi ile talaş kaldırmada kesme parametrelerinin incelenmesi: 304 paslanmaz çelik malzeme ile uygulama
Makine mühendisliği alanında önemli bir konu olan talaş kaldırma işlemleri, endüstriyel üretim süreçlerinde temel bir yer tutmaktadır. Bu anlamda, kesme parametrelerinin belirlenmesinin ve optimizasyonunun, işlemin verimliliği ve ürün kalitesi üzerinde doğrudan etkili olan kritik bir faktör olduğu kabul edilmektedir. Bilindiği üzere minimum miktarda yağlama, çevre dostu bir yaklaşım olup, yağlama miktarını en aza indirerek kaynakları verimli kullanmayı ve operatör sağlığını korumayı amaçlamaktadır. Bu sistemin talaş kaldırma işlemlerinde nasıl etkili olduğunu anlamak, sürdürülebilir üretim için önemli bir adım olma potansiyeli taşımaktadır. Bu çalışmada, 304 paslanmaz çelik malzeme kullanılarak kuru, minimum miktarda yağlama ve nano- minimum miktarda yağlama sistemleri ile talaş kaldırmada kesme parametreleri incelenmiştir. Bu süreçte diğer değişkenler sabit tutularak 3 farklı ilerleme hızı ve 3 farklı kesme hızı ile toplamda 27 adet deney yapılmıştır. Kesme derinliği tüm deneylerde sabit tutulmuştur. Elde edilen ilk bulgu olarak ilerleme hızı sabit tutularak kesme hızı arttırıldığında ve kesme hızı sabit tutularak ilerleme hızı arttırıldığında tüm parametrelerde artış gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, tüm parametreler için kuru yapılan deneylere kıyasla minimum miktarda yağlama ile yapılan deneylerde iyileşme gözlemlenmiştir. Son olarak, minimum miktarda yağlama ile yapılan deneylere kıyasla nano minimum miktarda yağlama ile yapılan deneylerde iyileşme tespit edilmiştir. Kuru yapılan deneylerde minimum miktarda yağlama ile yapılan deneylere geçildiğinde yüzey pürüzlülüğü verilerinde %23, titreşim verilerinde %30 ve güç verilerinde %4 düzeyinde bir azalma gözlemlenmiştir. Ancak ses düzeyinde %4 artış ortaya çıkmıştır. Diğer yandan, minimum miktarda yağlama ile yapılan deneylerden nano minimum miktarda yağlama ile yapılan deneylere geçildiğinde ise yüzey pürüzlülüğü verilerinde %13, titreşim verilerinde %15, güç verilerinde %2 ve ses düzeyinde %2 düzeyinde bir azalma bulgulanmıştır. Çalışmanın bulguları tartışılarak gelecekte yapılacak araştırmalara önerilerde bulunulmuştur.
Türkiye ve dünyadaki enerji verimliliği danışmanlık (EVD) şirketlerinin genel yapısı ve gelişiminin değerlendirilmesi
Dünyamızda yaşanan iklim değişikliği, doğal afetler, pandemi ve savaşlar küresel enerji krizlerini de beraberinde getirmektedir. Enerji verimliliği ise bu aşamada güçlü bir küresel odak olarak görünmektedir. Enerji verimliliği alanında; çeşitli performans sözleşmeleri yöntemi ile mevcut kaynakların verimli kullanımı, yeni ve verimli ekipman uygulamaları gibi konularda danışmanlık desteği, proje uygulama, uygulama sonrası ölçme, izleme ve doğrulama yapan bu sektördeki firmalar ülkemizde Enerji Verimliliği Danışmanlık (EVD), dünyada ise Enerji Servis (Energy Service Companies-ESCO) şirketleri olarak bilinmektedir. Her iki şirket yapısında amaç enerji verimliliği olsa da firmaların büyüklük ve iş yapabilme kapasiteleri bağlamında bazı farklılıklar bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında, Dünya'da ESCO, Türkiye'de ise EVD olarak bilinen enerji alanında faaliyet gösteren şirketlerin mevcut durumu incelenmiş ayrıca Türkiye'de ve dünyadaki enerji verimliliği uygulama örnekleri ele alınarak sektörlerin genel yapısı değerlendirilmiştir. Çalışma sonunda, dünyada ve ülkemizde ESCO pazarı için; net olmayan bir ESCO tanımı eksikliği ve resmi akreditasyonların bulunmaması, farkındalık eksikliği, enerji performans sözleşmeleri ile ilgili düzenlemelerdeki eksiklikler gibi sektör gelişiminin önündeki engeller ortaya konulmuştur. Sektörün daha da gelişebilmesi için yasal düzenlemelerin güçlendirilmesi, finansal desteklerin artırılması, eğitim ve farkındalık programlarının yaygınlaştırılması, model sözleşmelerin hazırlanması gerekmektedir. Anahtar Kelimeler: Enerji verimliliği, ESCO, EVD, Enerji Performans Sözleşmeleri
Karbon nanotüp ve TiB2 parçacık takviyeli magnezyum esaslı nanokompozitlerin üretimi ve aşınma davranışlarının incelenmesi
Magnezyum, nanokompozitlerde anayapı olarak kullanıldığında yoğunluğu düşük malzemeler elde edilebilmektedir ve bunun neticesinde günümüzde kullanımı artış eğilimindedir. Özellikle havacılık ve otomotiv uygulamalarında önemli kullanım potansiyeline sahiplerdir. Bu çalışmada, Mg-3Zn/TiB2-ÇDKNT nanokompozitleri toz metalürjisi yöntemiyle başarılı bir şekilde üretilmiştir. Başlangıçta Mg-3Zn alaşımına hacimce %1 oranında çok duvarlı karbon nanotüp ile %4, 9 ve 14 oranında titanyum diborür tozları eklenerek mekanik alaşımlama işlemi yapılmıştır. Sonrasında tozlara 600 MPa basınçta soğuk sıkıştırma ve 560 oC'de ise sinterleme işlemi uygulanmıştır. Üretim tamamlandıktan sonra malzemelerin içyapı, mekanik ve aşınma özellikleri incelenmiştir. %15 karma (melez) takviyeli Mg-3Zn nanokompozitlerde mikrosertlik değeri ~%80 oranında artmıştır. %5, 10 ve 15 takviye oranlarında numunelerin basma dayanımları sırasıyla 170,1, 192,2 ve 216,9 MPa değerlerinde elde edilmiştir. Kristalit boyutları takviye oranının artışıyla azalmıştır. Aşınma deneyi sonucuna göre %15 karma takviye oranına sahip nanokompozitte aşınma kaybı alaşıma göre %45 oranında azalmıştır.
Bir traktör parçasının farklı ortamlarda frezelenmesinde en uygun kesme koşullarının crıtıc-vıkor yöntemiyle belirlenmesi
Talaş kaldırma işlemleri endüstriyel alanda en yaygın kullanılan üretim yöntemleri arasındadır. Kesme parametrelerinin optimizasyonu işlemin verimliliği ve ürün kalitesi üzerinde etkilidir. Sürdürülebilir yöntemlerden biri olan minimum miktarda yağlama (MMY) işlemi çevre dostu bir yaklaşım olup, kullanılan yağ miktarını çok düşük oranlara indirmektedir. Bu çalışmada, AISI 1040 çeliği ile bu çelikten dövme yöntemiyle üretilmiş olan traktör direksiyon kolunun kuru ve MMY ortamlarında frezeleme işleminde işlenebilirliği incelenmiştir. 0,1, 0,15 ve 0,2 mm/diş ve 150, 200 ve 250 m/dk olmak üzere 3'er farklı ilerleme ve kesme hızları kullanılarak 36 koşulda frezeleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Bütün koşullarda 1 mm kesme derinliği sabit tutulmuştur ve kesme sıvısı olarak da saf ve doğal yer fıstığı yağı kullanılmıştır. Frezeleme işleminde yüzey pürüzlülüğü, titreşim, ses, sıcaklık ve güç ölçümleri yapılmıştır. Yapılan çalışma sonunda, MMY ortamında elde edilen işlenebilirliğin kuru ortama göre daha iyi olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, CRITIC yöntemiyle kriter ağırlıkları yüzey pürüzlülüğü, titreşim, ses, sıcaklık ve güç için sırasıyla 0,3636, 0,1478, 0,2377, 0,1329 ve 0,1178 olarak hesaplanmıştır. Sonrasında, VIKOR yöntemiyle çok yanıtlı optimizasyon uygulanmıştır. En iyi işlenebilirlik değerleri ise 28. deney koşulu olan dövme malzemesinde, MMY ortamında, 0,1 mm/diş ilerlemede ve 150 m/dk kesme hızında elde edilmiştir.
Yüksek sıcaklık uygulamaları için termoplastik malzeme seçimi: bir karşılaştırmalı çok kriterli karar verme yaklaşımı
Bu çalışma, otomotiv endüstrisinde hibrit araç akü paketleri için optimum termoplastik malzeme seçiminde yüksek sıcaklık ortamlarının neden olduğu zorlukları ele almakta ve karşılaştırmalı çok kriterli karar verme yaklaşımını kullanmaktadır. Çalışma, kritik faktörler temelinde malzemeleri titizlikle değerlendirerek, pil verimliliğini, uzun ömürlülüğünü ve araç performansını artıracak malzemeleri belirlemeyi amaçlamaktadır. SWARA-ARAS, SWARA-EDAS ve SWARA-TOPSİS gibi ileri düzey karar verme yöntemlerinden yararlanarak, çeşitli polimerler sistematik bir şekilde sıralanmakta ve güvenlik, performans ve sürdürülebilirliği ön planda tutan stratejik öneriler sunulmaktadır. Bulgular, üreticilerin veri odaklı malzeme seçim kararları almasına olanak tanıyarak, sürdürülebilir otomotiv teknolojilerinin gelişimine katkı sağlamaktadır.
Endüstriyel sistemlerde ekonomizer ile enerji verimliliği ve maliyet analizi
Bu tez çalışması, endüstriyel sistemlerde ekonomizer kullanımının enerji verimliliği ve maliyet analizi üzerindeki etkilerini kapsamlı bir şekilde incelemektedir. Çalışmanın temel amacı, farklı optimizasyon yöntemlerinin ekonomizer yatırımlarının finansal geri dönüş süreleri ve operasyonel performansları üzerindeki etkilerini belirlemektir. Bu doğrultuda, bir işletmedeki ekonomizerin optimum boyutlarının belirlenmesi, gerekli pompa ve fan gücünün hesaplanması, maliyet analizleri ve yatırımın geri dönüş süresinin tespiti için matematiksel bir model geliştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda, OPTY2 optimizasyon yönteminin tüm kriterler (PEC1, PEC2, PEC3, PEC4) altında yüksek ilk yatırım maliyetleri ve uzun toplam geri dönüş süreleri (4,82 Ay ilk geri dönüş, 13,58 Ay toplam geri dönüş) sergilediği tespit edilmiştir. Bu bulgu, OPTY2 yönteminin diğer optimizasyon yaklaşımlarına kıyasla daha az maliyet etkin olduğunu göstermektedir. Geri dönüş süresi analizi, endüstriyel ekonomizer sistemlerinin finansal cazibesini belirlemede kritik bir faktör olarak öne çıkmaktadır. Eğer birincil hedef yatırımın en kısa sürede geri kazanılması ise, PEC1 veya PEC4 kriterleri altında OPTY3 optimizasyon yönteminin tercih edilmesi en uygun yaklaşım olarak belirlenmiştir. Buna karşılık, belirli bir performans veya verimlilik seviyesine ulaşmanın daha öncelikli olduğu durumlarda (örneğin PEC2 kriteri), yatırımın uzun vadeli faydaları ve stratejik hedefler göz önünde bulundurulmalıdır. Bu tez çalışması, endüstriyel ekonomizer yatırımları için bilinçli karar verme süreçlerine katkı sağlayacak değerli bilgiler sunmaktadır. Elde edilen bulgular, enerji verimliliği projelerinin planlanması ve uygulanması aşamalarında maliyet etkinliğin ve stratejik önceliklerin dengelenmesinin önemini vurgulamaktadır. Anahtar Kelimeler: Ekonomizer, Enerji Verimliliği, Maliyet Analizi, Geri Dönüş Süresi, Optimizasyon, Endüstriyel Sistemler.
Recycling of carbon fiber reinforced epoxy composites
Composite materials are extensively used across various industries due to their high strength-to-weight ratio, corrosion resistance, and durability. However, the increasing use of thermoset-based composites has raised critical concerns regarding end of life waste management, as they are difficult to recycle through conventional methods. Among emerging technologies, microwave-assisted acid digestion has gained attention as a promising, efficient, and environmentally friendly recycling approach. This study investigates the closed-loop recycling of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) waste using a rapid microwave-assisted nitric acid digestion method. A parametric study was conducted by varying the process temperature (120 °C–150 °C) and microwave irradiation hold time (5–10 minutes) while keeping other parameters constant. In this working range, the most suitable condition was determined to be 10 minutes at 150 °C, and 99% resin removal efficiency was achieved. Recycled carbon fibers were characterized and compared to pristine fibers using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS), and Raman spectroscopy. The recycled fibers retained their structural integrity, showing no visible surface etching, no change in fiber diameter, and minimal resin residue. A comparison of the ID/IG ratios across different recycling processes indicates that there is no structural change occurred during recycling process. These findings highlight the significance of developing fast, clean, and scalable recycling technologies for thermoset composites, especially in high-performance applications like aerospace. The successful recovery of carbon fibers not only proves the feasibility of this method but also supports the advancement of closed-loop recycling systems. The recycling cycle defined by varying time and temperature parameters can serve as a foundation for future studies. As the recycled fibers preserved their structural integrity, they appear suitable for reuse, though further research is needed to evaluate their mechanical performance compared to virgin fibers for potential manufacturing applications.
Analysis of glass reinforced aluminum composite's energy dissipation behaviour during low-velocity impacts
Glass-Reinforced Aluminum (GLARE) laminates combine low density, high specific strength, and excellent fatigue resistance, yet their performance under combined thermal and impact loads remains insufficiently characterized. This study investigates GLARE 4A 3/2-0.4 panels subjected to low-velocity drop-weight impacts at three temperatures (25 °C, 60 °C, and 90 °C) and three energy levels (40 J, 60 J, and 90 J). Temperature-dependent input data for modeling were obtained through uniaxial tensile tests in 0° and 90° fiber orientations, Dynamic Mechanical Analysis (ASTM D3039, EN 6032), and Thermomechanical Analysis (ASTM D696). An LS-DYNA finite element model simulated the impact event at room temperature, serving as a baseline for interpreting experimental trends. Post-impact damage was assessed using ultrasonic C-scanning, X-ray computed tomography, macro-fractography, and active thermography, enabling correlation of dent depth with internal cracking, fiber rupture, and delamination. Thermal-fatigue exposures at 80 °C for up to four days were applied to both constituent materials (Al 2024-T3, FM 94 epoxy) and full laminates, followed by interlaminar shear testing (ASTM D2344) to evaluate residual interface integrity. Results indicate that elevated temperatures increase energy absorption but also exacerbate delamination and surface indentation, while prolonged heating further reduces shear strength due to intensified interfacial stresses. By integrating controlled impact testing, thermomechanical characterization, advanced non-destructive evaluation, and validated numerical modeling, this work provides a comprehensive framework for understanding GLARE's coupled thermo-impact response, offering insights relevant to design optimization, maintenance scheduling, and structural reliability in aerospace applications.
Validating ballistic impact limits of fiber-metal laminated GLARE composites as lightweight aerospace-grade material: Experimental and simulation studies
Fiber-metal laminate composite materials offer unique advantages over traditional aerospace materials like monolithic aluminum or carbon fiber composites. GLARE composites are utilized in aerospace applications for its exceptional damage tolerance and lightweight properties to address sustainability concerns. This study offers a machine-learning based prediction of ballistic impact limit of aerospace-grade GLARE 4A-3/2-0.4 composites. Finite element analysis models were calibrated for two-dimensional ballistic phase diagram for conical projectile impacts on aerospace-grade Al 2024-T3. The ballistic response of the GLARE configuration was investigated under high-velocity impacts by spherical projectiles, with ballistic limit velocities determined through simulation and confirmed by gas-gun experiments. Post-impact damages were characterized using non-destructive ultrasonic inspection, optical microscopy and computed tomography to provide insights into failure mechanisms. A 3-D ballistic limit diagram was constructed to analyze the effects of aluminum layer thickness and projectile diameter on impact resistance. The ballistic limit diagram topology strongly correlates with predictions from support vector regression-based machine learning models. The outcome of this study offers a valuable toolset for optimizing the structural design and enhancing the impact resilience of sustainable aerospace-grade laminated materials.
Manufacturing and analysis of nano-fullerene reinforced peek matrix composite materials
Polymer-based materials are widely used across various industries, including automotive, medical, aerospace, electronics, and construction. While these materials are attractive due to their favorable performance-to-cost ratio, they also exhibit certain limitations, such as relatively low melting temperatures and variability in mechanical properties. These limitations restrict the use of polymers in certain applications; however, ongoing research focuses on developing polymer composite materials by incorporating various types of additives into the polymer matrix. Numerous studies in the literature have demonstrated that polymer matrix composites enhanced with nano- or micro-sized particles or fibers can significantly improve mechanical, thermal, optical, and electrical conductivity properties. In this study, the high-performance thermoplastic polymer PEEK, commonly used in the aerospace industry, was compounded with nano-sized fullerene at various ratios using the twin-screw extrusion method. The resulting composites were investigated in terms of their tensile strength, morphological structure, thermomechanical properties, and thermal stability behavior. The results revealed that the highest tensile strength and Young's modulus were achieved at a 0.5 wt% fullerene content, showing a 12.8% improvement compared to pure PEEK. At low filler concentrations, such as 0.2 wt%, a homogeneous and nanoscale dispersion was observed, contributing positively to the enhancement of material properties. However, with increasing filler content, microstructural heterogeneities in the form of particle agglomeration became evident. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) indicated that the addition of fullerene enhances the thermomechanical properties of PEEK, with 0.5 wt% offering the most balanced performance. Thermogravimetric Analysis (TGA) results demonstrated that even small amounts of fullerene in the PEEK matrix can improve thermal stability by controlling the material's thermal degradation behavior.
Optimization of a helicopter's fuel system
The optimization of a helicopter's fuel system is crucial for enhancing operational safety, reliability, and lifecycle efficiency in mission-critical rotary-wing platforms. This thesis presents a comprehensive multidisciplinary approach to the design and evaluation of fuel system components, focusing on mechanical integrity, thermal behavior, flow performance, and system-level safety. The system is divided into six functional sub-systems: fuel storage, ventilation, feed, transfer, refuel/defuel, and gauging & management systems. Each sub-system is examined using a combination of analytical and numerical methods, including Finite Element Analysis (FEA), Computational Fluid Dynamics (CFD), thermodynamic modeling, and structural optimization. Life Cycle Cost (LCC) evaluations are conducted using MIL-HDBK-338B and cost-scaling principles derived from Thermal Design and Optimization by Bejan et al., ensuring economic feasibility throughout the system's lifespan. Safety and reliability assessments are performed using international aviation standards such as MIL-STD-882E, ARP 4761, ARP 4754 and MIL-STD-1629A. Analyses include Functional Hazard Assessment (FHA), Preliminary System Safety Assessment (PSSA), Fault Tree Analysis (FTA), and Failure Modes, Effects and Criticality Analysis (FMECA). The study provides detailed risk classifications, failure probabilities, and mitigation strategies for critical components such as flame arrestors, sump plates, booster pumps, and dump valves. The comparative analysis between field-deployed components and thesis-optimized alternatives reveals improvements in pressure resistance, thermal performance, crashworthiness, and maintainability. The total Life Cycle Cost of the optimized system is calculated as $212,285.272, reflecting significant potential for cost reduction through design improvements.
Öngerilmeli tel halatların deneysel ve teorik analizi
Monotron tipindeki çelik halatlar günümüzde asma köprüler, teleferik hatları ve vinçler gibi pek çok yapıda kullanılmaktadır. Halatların montajı sırasında uygulanması gereken ön gerilme miktarı halatın doğal frekansının ölçülmesiyle hesaplanmaktadır. Bu çalışmada farklı tiplerdeki ve farklı büyüklükteki çaplara sahip monotron halatların doğal frekans analizi deneysel ve teorik olarak yapılmıştır. Teorik analizde analitik formüllerden ve sonlu elemanlar yönteminden faydalanılmıştır. Deneysel çalışmada, ön gerilmeli kablonun basit mesnetli sınır şartları oluşturularak çeşitli yükler altında darbe çekici ile doğal frekans analizi analizi gerçekleştirilmiştir. Halat modellerinin farklı ön gerilme yükleri altındaki doğal frekans değerlerinin karşılaştırılması yapılmıştır. Sonlu elemanlar analizi için gereken halat katı modelleri halat imalatçısı firmalardan alınan bilgiler ve halat numuneleri kullanılarak katı modelleme yazılımında oluşturulmuştur. Bu katı modeller sonlu elemanlar analizi için sonlu elemanlar programına aktarılmıştır. Katı modelin sonlu elemanlar ağına ayırma işlemleri, sınır şartlarının uygulanması ve sonlu elemanlar modelinin çözümü Ansys programında yapılmıştır. Deneysel ve teorik analizlerin sonuçları değerlendirilerek halatların doğal frekanslarının uygulanan gerilme kuvvetinde halat çapına ve türüne bağlı olarak nasıl değiştiği tablolar ve grafikler yardımıyla gösterilmiştir.
Saç kurutma makinesinde çıkış sıcaklığı dağılımının iyileştirilmesi ve kurutma oranı üzerindeki etkisi
Yaşlanma gibi doğal süreçlerin yanı sıra saç bakımında kullandığımız ürünler de saç sağlığı için önemlidir. Dengesiz beslenme, stres, aşırı gün ışığı, ağır metaller ve bazı kimyasallar saçın yapısını bozduğu için saç kurutma makinelerinin aşırı kullanılması da saç sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. Saçların kurutulurken yıpranmaması çok önemlidir. Islak saç daha hassastır ve kurutma esnasında kolay deforme olur. Saç kurutma makinelerinden gelen yüksek sıcaklık saçların zarar görmesine neden olur. Bu nedenle saç kurutma makinesinde bulunan ısıtıcının, fanın, havanın çıkış sıcaklığının ve hava debisi parametrelerinin optimize edilmesi gerekmektedir. Yapılan tez çalışması kapsamında spiral yayların bulunduğu düz borunun ısı transferi ve sürtünme kaybı; yay çapı, adım aralığı, yay sayısı ve yay eğim açısı gibi farklı geometrik parametreler için yapılmış çalışmalar literatür araştırması kapsamında incelenmiştir. Hava akış debisi, kurutma mesafesi ve ısıtıcı gücü parametrelerinin kurutma oranı üzerindeki etkinliğinin belirlenmesi için deneysel çalışma yapılmış ve ampirik korelasyonlar oluşturulmuştur. Aynı zamanda ısıtıcı çapının makine çıkışındaki homojen sıcaklık dağılımı üzerindeki etkisini incelemek amacıyla HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda 41 mm çapta ısıtıcı bulunan saç kurutma makinesi örnek alınmış ve HAD analizleri yapılarak deneysel veriler ile karşılaştırıldıktan sonra belirlenen türbülans modeli ve ağ elemanı sayısı kullanılarak ısıtıcı çapı için optimizasyon çalışması yapılmıştır. HAD analizlerinde devir sayısı ve ısıtıcı gücü parametreleri sabit tutularak ısıtıcı çapının sıcaklık dağılımı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çalışmada 41 mm, 44 mm, 46 mm, 48 mm, 50 mm ve 52 mm çaptaki ısıtıcıların sıcaklık dağılım haritaları incelenmiştir. Bu çalışma ile saça daha az zarar veren ve kurutma oranı yüksek saç kurutma makinesi tasarımı için girdi oluşturulması hedeflenmiştir. Optimizasyon çalışması sonucunda, HAD analizlerinin sonuçlarını doğrulamak üzere belirlenen ısıtıcı ile performans testleri gerçekleştirilmiştir. Ölçüm sonuçlarına göre referans duruma kıyasla kurutma oranında %10 iyileşme görülmüştür.
Sanayi tipi brülör-kazan sisteminde yanma emisyonlarının incelenmesi
Bu tezde, sanayi tipi bir brülör-kazan sisteminde yanma emisyonlarını araştırmak için farklı brülör ısıl yüklerinde, hava fazlalık katsayılarında ve kazan boylarında deneysel testler gerçekleştirilmiştir. Sonrasında brülör-kazan test sonuçlarından elde edilen verilerle, yanma sisteminin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) modeli oluşturulmuştur. ANSYS FLUENT 16 yazılımında bulunan farklı yanma ve türbülans modelleri ile sayısal simülasyonlar gerçekleştirilip, deneysel sonuçlar ile uyumlu yanma ve türbülans modelleri belirlenmiştir. HAD modelinin doğrulanması sonrasında deneysel test parametreleri HAD yöntemiyle de incelenmiştir. Öte yandan aynı sistemde doğal gaz, metan, doğal gaza ısıl yükçe %25, %50 ve %75 oranlarında hidrojen eklenmesiyle oluşan yakıt karışımları ve saf hidrojen (% 100) yanmasıyla oluşan emisyonlar incelenmiştir. Son olarak brülör üzerinde bulunan girdap üreteci yerine yanma emisyonlarını düşürmek amacıyla yeni bir girdap üreteci tasarlanmıştır. Tasarlanan yeni girdap üretecinin kanat sayısı (7, 9, 11, 13, 15, 17) ve kanat açısı (15°, 20°, 25°, 30°) parametrik olarak incelenmiştir. Böylece kanat sayısı ve kanat açısının yanma emisyonları üzerindeki etkileri tespit edilmiştir. Brülör-kazan sisteminde farklı ısıl yükler ile farklı kazan uzunluklarıyla yapılan deneysel çalışmalarda, yanma sonu gaz emisyonları olan NOx, CO ve CO2 değişimleri sınırlı seviyede kalmaktayken farklı hava fazlalık katsayılarında değişimler daha belirgindir. Örneğin, NOx emisyonu 32 ppm, CO emisyonu 46 ppm ve CO2 % 24 oranında değişmektedir. HAD sonuçlarına göre, doğal gaz metan gazı ile de modellenebildiği görülebilir. Ayrıca doğal gaz-hidrojen yakıt karışımında hidrojen miktarı arttıkça alev boyu ve çapının arttığı CO2 ve CO emisyon seviyelerinin düştüğü belirlenmiştir. Yakıt olarak %100 H2 kullanıldığında ise CO ve CO2 emisyonların oluşmadığı fakat NOx emisyonun önemli derecede arttığı görülmüştür. Son olarak yeni tasarlanan girdap üretecinin 11 kanatlı uygulaması en düşük NOx emisyonuyla sonuçlandı. Ayrıca kanat açısının artması baca gazındaki NOx emisyonunun azalmasına neden olduğu saptandı.
Standart bir odanın radyant soğutulması durumunda havalandırmanın konfora etkisinin incelenmesi
Isıl konfor basit olarak insan ile ortam arasındaki enerji dengesine dayanmaktadır. İnsan vücudu sıcak bir ortamda bulunduğu sırada ısı kaybetmek için terleme durumuna, soğuk ortamda bulunduğu sırada ise ısınmak için titreme durumuna geçer. Bu nedenle günlük hayatta ısıl konfor insanların yaşam kalitesini oldukça etkilemektedir. Isıl konfor hesaplama metodu Fanger'in 1970 yılında geliştirmiş olduğu PMV-PPD yöntemine dayanmaktadır. Radyant panel sistemleri kullanılarak yapılan ısıtma ve soğutma diğer konvensiyonel sistemler kullanılarak yapılan ısıtma ve soğutmaya göre daha iyi ısıl konfor değerleri sunmaktadır. Taze hava ihtiyacı sağlamak ve odadaki hava kalitesini artırmak için ise havalandırma sistemleri radyant panel sistemleriyle birlikte kullanılmaktadır. Bu çalışmada, tüm bu durumlar göz önüne alınarak radyant panel kullanılarak yapılan soğutma durumunda havalandırmanın ısıl konfora etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla zemin alanı 24 m2 (6.00 m x 4.00 m) ve yüksekliği 3.00 m olan, iki yüzü dış duvar, iki yüzü iç duvar olarak kabul edilmiş standart bir oda modeli tasarlanmıştır. Tasarlanan bu model üzerinde pasif havalandırmasız sadece radyant panel sistemi kullanılarak soğutma ve farklı havalandırma durumlarıyla desteklenen radyant panel sistemli soğutma durumları ANSYS – Fluent yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir. Isı perdeli havalandırma sistemi kullanılarak yapılan soğutma, pencereden gelen ısı geçişini engellemiş, paneller vasıtasıyla çekilmesi gereken ısı oranını azaltmıştır. Panellere tanımlanan ısı akısının -16 W/m2 olduğu ısı perdeli havalandırma durumu, tavandan havalandırmalı -14 W/m2 ısı akılı durum, havalandırmasız -18 W/m2 ısı akılı olan durum ve yine havalandırmasız -22 W/m2 ısı akılı olan durum ASHRAE 55 ve ISO 7730 standartlarına göre konforsuz bulunmuşlardır. En iyi ısıl konfora sahip durumlar, ısıl perdeli havalandırmalı soğutma durumunda panellere tanımlanan -18 W/m2 ısı akılı ve -20 W/m2 ısı akılı olan durumlardır.
Fabrication of carbon nanotube reinforced plastic matrix composites using 3 dimensional printing
Recently, many breakthrough manufacturing methods begin to appear. One of the most common among these methods is 3 dimensional printing which is based on additive manufacturing method. 3 dimensional printing gives us advantage of manufacturing parts in single process. Despite its advantages 3 dimensional printed products have limited mechanical properties. Due to that disadvantage, 3 dimensional printing methods are rarely used for manufacturing final products. Carbon nanotubes are carbon based nano materials which have impressive mechanical properties. In literature, there are studies about polymer matrix carbon nanotube reinforced nano composites. In those studies, it is proved that if carbon nanotubes are functionalized and dispersed adequately, polymer matrix will have greatly enhanced mechanical properties. As these superior properties of carbon nanotubes are considered, carbon nanotubes reinforced nano materials have great potential to eliminate limitation of mechanical properties of 3 dimensional printing. The aim of this study is to produce carbon nanotube reinforced resin for stereolithography type 3 dimensional printers in order to improve mechanical properties of printed products to make them available for final products. In this regard, carbon nanotubes are functionalized properly by chemical methods in order to prevent agglomeration and create strong interface between carbon nanotubes and polymer matrix. Carbon nanotubes are dispersed in resin homogenously by ultrasonication method. As we prepared nano composite resin, we applied sedimentation test in order to determine stability of nano composite resin. As a result of test, sedimentation was not observed in short and long term in any ratio. Subsequently we manufactured tensile and wear specimens in order to evaluate mechanical properties of nano composite specimens. As a result of mechanical tests, we observe that tensile and wear properties of 3 dimensional printed products are enhanced dramatically. As a result, we managed to prepare nano composite resin and manufactured specimens from nano composite resin. Our reinforced specimens show superior properties than base specimens. This study shows us that limited mechanical properties of 3 dimensional printed products can surpassed by using reinforcement of carbon nanotube which is processed adequately. As one of the most important problem of 3 dimensional printed products have solved, 3 dimensional printings can find itself more field of applications. Key words: Nano composite, 3 dimensional printing, Carbon nanotube, Stereolithography, Mechanical properties.
Basınçlı kap konstrüksiyonlarına etki eden parametrelerin incelenmesi ve tasarımı
Basınçlı kaplar evlerde, endüstride, enerji santrallerinde yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Basınç altında akışkanların taşınmasını, depolanmasını ve prosese aktarılmasını sağladıkları için potansiyel olarak tehlikeler içerirler. Bunun için dünyada başta gelişmiş ülkelerde olmak üzere basınçlı kapların tasarımı için kodlar ve standartlar geliştirilmiştir. Bu çalışmada öncelikle basınçlı kaplar hakkında temel bilgiler verilmiş ve basınçlı kap kodlarının birbiriyle karşılaştırılmasını içeren önceki çalışmalar anlatılmıştır. Ardından dünya çapında en çok kullanılan ASME Kısım 8 Bölüm 1, ASME Kısım 8 Bölüm 2, EN 13445 ve AD 2000 kodlarına göre basınçlı kapların temel tasarım kuralları verilmiştir. Daha sonra örnek bir uygulama ile belli tasarım şartlarına ve geometrik özelliklerine sahip bir hava tankının 4 koda göre hesapları yapılmış, üç farklı başlık tipine göre (eliptik, torisferik ve yarı küresel) minimum et kalınlıkları bulunmuş ve bu kalınlıklara göre ağırlıkları hesaplanmıştır. Böylece bu alanda çalışan mühendislere ve araştırmacılara basınçlı kap tasarımı için uygun kod seçimi ve istenilen özelliklerde en düşük maliyetli kabın tasarımı konusunda fayda sağlanması amaçlanmıştır.
İçten yanmalı motorlarda su enjeksiyonunun motor performansı ve egzoz emisyonları üzerine olan etkisinin deneysel araştırılması
İçten yanmalı motorlar son yüzyılda insan hayatını kolaylaştırmıştır. Sağladığı önemli faydaların yanında; Dünyada 1 milyarı, Türkiye'de ise 20 milyonu aşan sayıları ile içten yanmalı motora sahip karayolu taşıtları, çevre kirliliğinin en önemli sebeplerinden biri haline gelmiştir. İçten yanmalı motorlar, atmosfere salınan zararlı egzoz gazlarından dolayı sera etkisine sebep olarak çevre üzerinde ve çeşitli kanserojen etkilerle insanlar üzerinde olumsuz etkilere sebep olmaktadırlar. Ayrıca çevre otoriterilerince belirlenen emisyon normlarının da gitgide daralması, hedeflenen değerlerin yakalanmasını zorlaştırmaktadır. Bu şartlar altında otomotiv üreticileri, performans değerlerinden ödün vermeden daha çevreci motorlar üretmek için çalışmalarını yoğunlaştırmışlardır. Bu çalışmada; bir içten yanmalı motorda fakir karışımlı işletme şartlarında benzin kullanımının neden olacağı NOx emisyonu değerlerinin azaltılmasına yönelik olarak tek silindirli direkt püskürtmeli bir Diesel motordan buji ateşlemeli motora dönüştürülmüş bir içten yanmalı motorda, benzin enjektöründen silindir içerisine gönderilen %3, 19, 52, 67, 75 miktarlarındaki suyun buharlaşma ısısının yüksek olmasından ötürü yaratacağı iç soğutma etkisi ile azot oksitlerin (NOx) kontrol altına alınması hedeflenmişitir. Silindir içine su gönderme, yanma sonrası iyileştirme sistemlerine kıyasla çok daha az maliyetli olan bir teknik olup emülsiyon ve enjeksiyon olmak üzere iki ana yönteme ayrılmaktadır. Bu çalışmada yanma odası içerisine su ilavesi, Yıldız Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü'nün 2016-06-01-YL01 numaralı projesi kapsamında tasarlanan su enjeksiyon sistemi vasıtasıyla 90 bar yüksek basınçta benzin enjektöründen yapılmıştır. Referans olarak alınan benzin ile işletmelerden elde edilen emisyon değerleri, değişen kütlesel su oranlarında elde edilen değerler ile karşılaştırılarak doğrudan silindir içerisine gönderilen su miktarının motor performansı ve özelikle de NOx emisyonları üzerine olan etkisi ortaya çıkartılmıştır.
Mekanik özellikleri geliştirilmiş biyouyumlu implant malzemelerinin üretiminde aşırı plastik deformasyon tekniğinin uygulanma koşullarının araştırılması
Gerçekleştirilen tez çalışmasında alfa fazlı saf titanyum ve yakın beta fazlı Ti13Nb13Zr alaşımına eş kanal açılı presleme (EKAP) işlemi, beta fazlı Ti13Nb13Zr alaşımına hidrostatik ekstrüzyon (HE) işlemi uygulanmış ve ultra ince taneli biyouyumlu malzeme elde edilmiştir. Her iki teknik ile elde edilen Ti13Nb13Zr alaşımlarının mekanik ve mikro yapısal özellikleri kıyaslanarak aşırı plastik deformasyonun (APD) uygulama koşulları incelenmiştir. EKAP işlemi ile saf titanyum ve Ti13Nb13Zr malzemeleri farklı sıcaklık ve paso değerlerinde ekstrüzyon işlemine tabii tutulmuş, deformasyon sonrası meydana gelen değişimlerin sebep olduğu mekanik özellikler ve oluşan son mikro yapı incelenmiş ve tekniğin uygulama koşulları araştırılmıştır. Literatürde şimdiye kadar gerçekleştirilmemiş, ardışık pasolar için farklı sıcaklıklarda EKAP işlemi gerçekleştirilerek oluşan mikro yapısal değişimler değerlendirilmiştir. Çalışmada ilk halde 260 nm beta lamellere sahip Ti13Nb13Zr her iki teknik ile; 58 μm çaplı tanelere sahip saf titanyum EKAP tekniği ile ultra ince taneli (UİT) hale getirilmiştir. Nano boyutta incelemeleri gerçekleştirmek amacı ile Geri Saçılımlı Elektron Difraksiyonu (EBSD) ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) kullanılmıştır. EBSD tekniği daha büyük bir alan üzerinden inceleme gerçekleştirmektedir. Bu sebeple tane boyutu ölçümü için EBSD kullanılmıştır. EBSD ve TEM analizlerinden faydalanarak sırası ile EKAP ve HE teknikleri ile elde edilen UİT numunelerin ortalama tanecik boyutu EKAP saf Ti için 550 nm, HE Ti13Nb13Zr için beta lamellerin genişliği 80 nm olarak tespit edilmiştir. EKAP ile elde edilen Ti13Nb13Zr'de HE'de elde edilen beta lamelli yapının olmadığı ardışık rotalar sebebi ile tanelerin yuvarlaklaştığı gözlemlenmiştir. EBSD analizlerinde 8 paso EKAP Ti13Nb13Zr ortalama tane boyutu yaklaşık 410 nm olarak belirlenmiştir. Tane boyutu ölçümü için her iki teknikte TEM incelemelerinden faydalanırken, EKAP ile elde edilen UİT saf Ti için XRD ölçümleri sonucundan yola çıkılmış, teorik olarak Williamson-Hall denkleminden faydalanarak hesaplanmış ve yaklaşık tane boyutu 420 nm olarak bulunmuştur. Mekanik dayanımlarını yükseltmek için gerçekleştirilen aşırı plastik deformasyon işlemleri sırası ile EKAP işlemi ile saf titanyumun dayanım değeri yaklaşık ̴1.5 katına yükselirken Ti13Nb13Zr'daki artış 60 MPa ( ̴1. 1 katı) gibi bir değerle nispeten daha az olmuştur. HE işlemi ile elde edilen Ti13Nb13Zr numunelerin dayanım değeri ise ̴1.41 kat artmıştır. HE ile imal edilen Ti13Nb13Zr'un süneklik değeri 19.56 mm'dan 9.032 mm değerine düşmüştür. EKAP ile imal edilen Ti13Nb13Zr'da 8 paso sonrası bu değer 6.91 mm olarak tespit edilmiştir. EKAP ile imal edilen saf titanyumun süneklik değerinin uygulanan EKAP işlemi sonrası Ti13Nb13Zr'da olduğu gibi azaldığı gözlemlenmiştir. Nitekim titanyumun kopma uzaması değeri 13.90 mm'den, 8 paso sonrası 8.34 mm'ye düşmüştür. Deneysel tasarım yapılarak en uygun imalat şartlarının araştırıldığı EKAP işlemi için 0.1 mm/sn pres iniş hızı, 300 ˚C işlem sıcaklığı ve ardışık pasolar arası Bc yönelimi homojen mikroyapı için ideal parametreler olarak tespit edilmiştir. Kalite karakteristiği olan mikro yapının homojenliği sertlik dağılımına göre tespit edilmiştir. Sıcak ve soğuk rotaların bir arada değerlendirildiği orijinal çalışmada ise EKAP işlem veriminde artış gözlemlenmiştir. 2 paso 450 ˚C ve 1 Paso 100 ˚C sonrasında 1 Paso 450 ˚C rotası takip edilerek elde edilen numuneler kıyaslandığında çekme dayanımı numunelerde sırası ile 758.40 MPa ve 792.34 MPa olarak tespit edilmiştir. EBSD incelemesinde 2 paso 450 ˚C'de basılan taneciğin tane boyutu 1.7 µm ölçülmüştür. 1 paso 100 ˚C+ 1 paso 450 ˚C rotası ile imal edilen numunenin tanecik boyutu 1.9 μm olarak tespit edilmiştir. Taneler arasındaki açı ise 2 paso 100 ˚C+1 450 ˚C, 2 paso 450 ˚C için sırasıyla %41 ve %36 olarak tespit edilmiştir. Elastiklik katsayısı 2 paso 100 ˚C+1 450 ˚C, 2 paso 450 ˚C sırasıyla 143.19 GPa ve 152.57 GPa olarak tespit edilmiştir. Bütün bu veriler incelendiğinde düşük ve yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen EKAP işleminde işlem veriminin artırıldığı gözlemlenmiştir. Aşırı plastik deformasyon sonrasında elde edilen mukavemet artışına rağmen EKAP işlemi titanyumun aşınma davranışı üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı aşınma testlerinde tespit edilmiştir. Biyolojik uyumluluğa katkısını belirlemek amacı ile gerçekleştirilen hücre testlerinde yüzey modifikasyonunun ve ultra ince taneli yapının olumlu etkisi tespit edilmiş, EKAP ile elde edilmiş UİT kumlanmış saf titanyum yüzeyinde 96 saat sonra ölçülen hücre miktarı 53x102 olurken İR Saf titanyum yüzeyde 40x102 tane hücre gözlemlenmiştir. EKAP ile elde edilmiş UİT parlak Ti13Nb13Zr yüzeyde ise 72 saat sonra 116x103 hücre gözlemlenirken İT taneli parlak Ti13Nb13Zr yüzeyde bu değer 98x103'e artmıştır. Yüzey ıslanabilirlik testinde minimum açı kumlanmış UİT saf Ti için tespit edilmiştir ve bu değer 14.02˚'dir. Abutment implant sisteminde en küçük parça olan abutment vidası formunda imal edilen ultra ince taneli saf titanyum yorulma test standardında ifade edilen şartlara uygun olarak test edilerek biyomekanik dayanım özelliği incelenmiş ve abutment implant arasındaki açıklık konvensiyonel abutment vidasına göre 5.74 µm düşürülmüştür. EKAP işlemi ile saf titanyum ve TNZ'den elde edilen ultra ince taneli numunelerin mekanik, yüzey özelliklerinin değerlendirildiği incelemelerde biyomedikal uyumluluğunun iyileştiği gözlemlenmiştir. Mekanik testler ve mikroyapı incelemelerinde elde edilen sonuçlar doğrultusunda düşük ve yüksek sıcakta gerçekleştirilen EKAP işleminde işlem veriminin artırıldığı gözlemlenmiştir. HE ve EKAP APD işleminin uygulandığı TNZ için mekanik özelliklerin biyomedikal uygunluk için HE APD işlemi ile daha fazla iyileştirilmiştir. Saf Ti S4'ün homojen sertlik dağılımının araştırıldığı optimal işlem koşullarının incelendiği çalışmada 300 °C, 0.1 mm/sn pres iniş hızı ve Bc rotası olarak tespit edilmiştir.
Üretim sahasında gürültü kontrolü
Üretim sahasında mevcut olan makinelerin oluşturduğu gürültü, çalışanlar için önemli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Üretim sahasında oluşan gürültünün azaltılması, kontrol edilmesi ve çalışanlar için zararlı olmaktan çıkarılması için çeşitli kontrol yöntemleri bulunmaktadır. Gürültünün kaynakta, yayılma ortamında ve en son olarak alıcıda kontrol altına alınması en önemli gürültü kontrol adımlarıdır. Gürültünün üretimde bulunan çalışanlar üzerindeki etkilerinden, sınır değerlerinden ve ilgili yönetmelik ve standartlardaki bilgilerden yararlanılmıştır. Üretim sahasında karşılaştığımız ekipmanların gürültü seviyeleri ve çalışanların kişisel maruziyetleri değerlendirildikten sonra gürültünün hangi yöntemler ile kontrol edilebileceği örnekler ile gösterilmiştir. Risk değerlendirmesi, üretim sahası yerleşimi, maruziyetin önlenmesi, kişisel koruyucu donanım kulak koruyucular, sessiz makine seçimi, işitme kaybı ve sağlık muayeneleri ile gürültü kontrolü için önem teşkil etmektedir. Bu tez çalışmasında üç farklı fabrika gürültü açısından incelenmiş, gürültü kaynakları belirlenmiş, ortam ve kişisel maruziyet ölçümleri yapılmış ve gürültüden korunmak için çeşitli uygulamalar yapılmıştır.
Motorlu taşıtlarda kullanılan fleks hortum incelemesi
Bu çalışmada ilk olarak hortumların genel yapısı ve standartlarından bahsedilerek hortum kullanım alanları ve detaylara yer verilmiştir. Daha sonrasında ise ağır ticari araçlarda kullanılan fren sistemleri ve burada kullanılan PTFE metal örgülü fleks hortum türleri incelenmiş ve detaylarına değinilmiştir. Test araçlarına takılan metal örgülü PTFE fleks hortumlarının zarar gördüğü görülmüş ve bunların sebepleri araştırılmıştır. Zarar görülen hortum numuneleri montaj konumu referans alınarak üç farklı hortum boy belirlenip çalışmalar yapılmıştır. Her bir hortum numunesine ait fiziksel 3D modeller Catia programı aracılıyla oluşturulup katı modeller hortumun tüm reel tasarımını kapsayacak şekilde Ansys programında yorulma analizine tabi tutulmuş ve bu analizler saha araç testleri, RIG simüle testleri ile doğrulanıp desteklenmiştir. Tez çalışmasında elde edilen sonuçların sektörde ve akademik çalışmalarda yararlanılması hedeflenmektedir.
Akıllı çubuk titreşimlerinin piezoelektrik eyleyiciler ile aktif kontrolü
Aktif kontrol teknolojilerinin, mekanik sistemlerde titreşim kontrolü amacıyla kullanılması hakkında önemli araştırmalar yapılmıştır. Piezoelektrik elemanları aktif titreşim kontrolünde kullanmak, son yıllarda oldukça dikkat çekmiş bir çalışma alanıdır. Bu tez çalışmasında, akıllı bir kirişin üretimi ve piezoelektrik malzeme ile aktif titreşim kontrolü amaçlanmıştır. Sayısal çalışmada, arka plandaki teoriler ve bilgilerin özetine yer verildikten sonra ele alınan sistem modellenmiştir. Kirişin hareket denklemi çözülerek mod şekil fonksiyonu ve doğal frekansları elde edilmiştir. Analitik ve sonlu elemanlar analiz programı ANSYS ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. ANSYS ve MATLAB yardımı ile oluşturulan akıllı kiriş modellerinin serbest ve zorlanmış titreşim kontrolü simulasyonları Simulink programı ile yapılmıştır. Deneysel çalışmada, alüminyum çubuk yüzeyine yapıştırılan piezoelektrik yamalar hem algılayıcı hem eyleyici olarak kullanılmıştır. Tasarlanan PID ve bulanık PID kontrolcüler ile ankastre akıllı kirişin aktif titreşim kontrolü MATLAB/Simulink yazılımları üzerinden gerçekleştirilmiştir. Teorik ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bulanık PID kontrolcü ile % 95.6'ya varan oranlarda titreşimler sönümlenebilmiştir.
Taşıt vites kutularındaki ısı transferinin matematiksel modellenmesi
Fosil enerji kaynaklarının giderek tükenmesi ve enerji arzında yaşanan güvenlik sorunları nedeniyle akaryakıt fiyatları sürekli olarak dalgalanmaktadır. Bununla birlikte artan çevre bilinci ve hükümetlerin egzoz emisyonlarıyla ilgili aldıkları ciddi önlemler neticesinde de tüketici cephesinde yakıt tüketiminin önemi artmıştır. Yeni regülasyonlar ve müşteri beklentileri otomotiv üreticilerini de daha düşük yakıt tüketimine sahip taşıtlar tasarlamaya teşvik etmektedir. Taşıt yakıt ekonomisi açısından önemli bir unsur olan aerodinamik dirençleri azaltmak için firmalar çok çeşitli tasarımlar ortaya koymaktadır. Bu noktada uygulanan gövde altı panelleri, vites kutuları etrafındaki hava akışını azaltmakta aynı zamanda artan motor güçleri ile soğutma ihtiyacı artmaktadır. Bu durum belirli bir seviyeye kadar yakıt tüketimi açısından faydalı sonuçlar verse de artan çalışma sıcaklıları kontrol altında tutulmadığında vites kutusunun mekanik ömrünü azaltabilen bir etki yapabilmektedir. Bu çalışmada hafif ticari bir aracın vites kutusu çalışma sıcaklıklarını, projenin ilk safhalarında hesaplayabilecek boyutsuz bir matematiksel modelin yaratılması hedeflenmiştir. Bu bağlamda modelin ihtiyaç duyabileceği teknik veriler için bazı araç seviyesi bilgisayar destekli akış analizleri yapılmış, üretici firmalardan gerekli teknik veriler toplanmış, model çıktıların desteklenmesi amacıyla tam boyutlu rüzgar tünelinde araç testleri yapılmıştır. Bu çalışmalar sonucu oluşturulan matematiksel model sayesinde istenen test çevrimi, taşıt ve vites kutusu için zamana bağlı vites kutusu çalışma sıcaklıkları hesaplanabilmektedir. Bu sayede projenin bilgisayar destekli tasarım safhalarında vites kutusu sıcaklıkları tahmin edilebilmekte ve gerekli tasarım aksiyonları prototip - kalıp maliyetleri oluşmadan alınabilmektedir. Aynı zamanda motorla ilgili sağlanacak ek verilerle de vites kutusu sıcaklıklarının yakıt tüketimine yapacağı etkiler görülerek yakıt tüketimi ve termal sistemler ekipleri arasında fayda-zarar analizi yapılabilecektir.
Çok parçalı sac konstrüksiyonlarda kümülatif ölçü sapmalarının ölçme ve analizlere dayalı olarak belirlenmesi ve bir algoritma geliştirilmesi
Günümüzde herhangi bir endüstriyel ürünün ortaya çıkarılışında, tasarım, imalat, ölçme sistemleri ve kalite yönetimi süreçleri birbiriyle içi içe geçmiş olup sıkı bağlarla bağlanmış durumdadır. Bu bağlar zaman içinde daha da güçlenerek fonksiyonel hale gelmiş ve sağlanan gelişmeler son yıllarda ortaya çıkan Endüstri 4.0 devriminin de temelini oluşturmuştur. Sanayi kuruluşlarının söz konusu fonksiyonel bağları kurma ve veri tabanlarını güçlendirme yönündeki çabaları ne ölçüde amacına ulaşabilmiş ise, çağın gerisinde kalma tehlikesinden de o ölçüde uzaklaşmaları mümkündür. Bu bakış açısının baskın şekilde görüldüğü sektörlerden birisi de otomotiv olduğundan, tez çalışmasının uygulama alanı buradan seçilmiştir. Buna yönelik olarak, yapılacak çalışmalar için seçilen şasi grubunda, sac parçaların şartnamesi ile uyumlu tolerans ve istatistiksel tolerans analiz yöntemleri ile şekillendirme sonucu oluşan geri esnemeler ve kaynak sonrası distorsiyonlar ele alınmaktadır. Kaynak öncesi ve sonrasında ortaya çıkan tüm sapmalar ile parçaların tasarım kriterleri ve proses parametreleri hep birlikte değerlendirilerek bir yaklaşım metodu kurulmaktadır. Böylelikle ölçü ve biçim sapmalarının toplamının önceden tahmini hedeflenmiş bulunmaktadır. Kurulan yaklaşım metodu, analiz ve uygulamalardan gelecek yeni parametrik değerlerin yüklenmesi ile sürekli iyileştirilebilir bir zeminde akıllı sistemlere doğru terfi edebilecek yapıdadır. İşletme içinde de, seri imalattan alınacak sürekli geri beslemeler ile kurulan metodun sürdürülebilirliği ve aynı zamanda yeni grup ve parçalar açısından adaptasyonu sağlanabilecek durumdadır. Metodun, söz konusu çıkış noktasından hareketle; Endüstri 4.0 bağlamında diğer unsurlar ve yöntemler ile ilişkilendirilebileceği görülmektedir. Teknolojik ve finansal kısıtlamalardan dolayı, imalat proseslerinin uygulanışı esnasında nominal ölçüleri sağlamak mümkün olamamaktadır. Bu yüzden başarılı bir montaj için toleranslandırma çok büyük önem taşımaktadır. Kompleks parçalar ile montajlı gruplar için toleransları tasarım aşamasında belirlemek zor bir iştir. Çünkü, tasarım sırasında öngörülebilecek ve imalat sırasında realize edilebilecek olanları iyi belirleyebilmek; bilgiye olduğu kadar aynı zamanda tecrübeye de dayanmaktadır. Küçük ölçü ve biçim sapmaları kümülatif birikime uğrayarak, montaj sırasında ortaya çıkan son toleranslara uyulamamasına yol açabilmektedir. Bu tez çalışmasının yapılış amaçlarından başta geleni, gerek geometrik ve gerekse de kaynak prosesi tasarımları esnasında söz konusu son aşamayı önceden tahmin ederek tasarımcıya bir çıkış yolu bulmaktır. Günümüzde belirli yüzeyler için yaklaşım modelleri bulunsa da, montajda toleransı direkt olarak temsil eden bir matematiksel model henüz mevcut değildir. Tez çalışmasındaki uygulamalar için sac parçalar ele alındığı için sapmaları etkileyecek olan en büyük iki etken, şekillendirme sonrası geri esnemeler ile punta kaynağı sonrası distorsiyonlardır. Şekillendirme sonrası biçim sapmaları tarama yöntemi ile elde edilip bu veriye analiz yolu ile elde edilmiş kaynak distorsiyonları da eklenebilir. Bu safhada distorsiyonlar ile kaynak parametreleri arasında bulunacak matematiksel bağıntı kullanılacak olup bu parametre sınırları belirli testlerle tespit edilmiş bulunacaktır. Tez çalışmalarının ikinci kolu, hiçbir düzeltme çabasına girmeden, montajı oluşturan parçaların imalattan çıkan sapmalarını olduğu gibi kabul edip bunların optimum toplam sapmayı sağlayabilecek şekilde kendi aralarındaki eşlenmelerini sağlamaya dayanmaktadır. Dolayısıyla, parçaların ölçümlerinden elde edilecek tekil sapma dataları kullanarak bileşik (kümülatif) toleransı optimize edebilecek bir yazılım hazırlanmış bulunmaktadır. Bunu sağlayacak şekilde oluşturulan yazılım, tekil parçaları İstatistiksel Tolerans Analiz Yöntemlerine göre eşlendirmekte ve kaynak öncesinde montaja hazır gruplamalar ortaya çıkmaktadır. Tez çalışmalarının sonunda ortaya konan sistemin mekanizasyonu tasarlanıp prototipi de imal edilerek çalışır duruma getirilmiştir. Bu sistemin patent başvurusu yapılmış bulunmaktadır. Sonuç olarak, yapılan tez çalışması toleransları, geometrik ölçü ve biçim ile kaynak proses parametrelerini usulüne ve standartlarına uygun bir şekilde bütünleşik halde tasarlamayı sağlayacaktır. Bununla da kalmayıp, elde mevcut olan imalatın kalite realitesinden hareketle, mevcut tekil toleranslardan grupsal optimum bileşik toleransa geçebilmeyi de mümkün kılmaktadır. Yukarıda da belirtildiği gibi, teklif edilen bu sistemlerin doktora sonrasında sürdürülecek çalışmalar ile akıllı hale getirilmesiyle, ülkemiz imalat sanayisinin Endüstri 4.0 devrimini yakalaması yolunda yardımcı olması amaçlanmaktadır. Anahtar Kelimeler: Birleşik (kümülatif) tolerans, İstatistiksel Tolerans Analiz yöntemleri, punta kaynağı ve parametreleri, eşleme
Manyeto-reolojik sönümleyici ile demiryolu köprü titreşimlerinin kontrolü
Bu tez çalışmasında, parametreleri bilinen gerçek bir demiryolu köprüsünün hareketli yük altında titreşimleri analiz edilmiş ve bu titreşimler bulanık mantık kontrol algoritması tabanlı çalışan Manyeto‐Reolojik (MR) sönümleyici ile bastırılmıştır. Çalışmada parametreleri bilinen, tek kirişli (single‐span) gerçek bir demiryolu köprüsü seçilmiş ve buna ait yapısal parametreler kullanılmıştır. Dinamik titreşim analizlerini gerçekleştirmek için köprü, Euler‐Bernoulli kiriş teorisi kullanılarak basit mesnetli, homojen ve enine kesitli olarak modellenmiştir. Sürekli bir sistem olarak matematik modeli oluşturulan köprü Petrov‐Galerkin yöntemiyle ayrıklaştırılmıştır. Köprünün uçlarına simetrik ve çapraz pozisyonda iki adet MR sönümleyici yerleştirildiği düşünülerek titreşimlerin bastırılması hedeflenmiştir. MR sönümleyiciler ise bulanık mantıklı kontrol algoritması yardımıyla simülasyon ortamında kontrol edilmiştir. Köprü titreşimleri, taşıtın farklı hız ve yükleri için çeşitli senaryolarda analiz edilmiştir. Yapılan bu analizler sonucunda hareketli yüke maruz kalan köprü üzerinde yer değiştirme, hız ve ivme değerleri kontrolörlü ve kontrolörsüz olarak hem zaman hem de frekans alanında incelenmiştir. Her iki alanda elde edilen cevaplar, uygulanan yarı aktif kontrolün performansını ortaya koymuştur.
Klima ısı değiştirici manifoldunun iyileştirilmesi
Bu tez kapsamında, bir split klima ünitesinin dış ünite ısı değiştiricisine ait manifolt iyileştirmesi çalışılmıştır. İyileştirmenin amacı, split klimanın mevcut tasarımının kapasitesini sabit tutarak, daha az malzeme kullanacak yeni bir tasarım gerçekleştirmektir. Tasarım sonucu deney numuneleri hazırlanmıştır. Mevcut tasarım ve yeni tasarım manifoldların kullanıldığı split klima deney numunelerine, TS14511 standardına uygun ısıtma ve soğutma kapasitesi testleri yapılmıştır. Test sonuçları matematiksel model ve istatistik araçları da kullanılarak doğrulanmıştır.
Plastik enjeksiyon kalıplarının onarım kaynağında tungsten elektrot ile koruyucu gaz altı kaynağı ve lazer kaynak parametreleri ve etkileri
Otomotiv ve beyaz eşya başta olmak üzere pek çok sektöre seri imalat ile ürün temini sağlayan plastik enjeksiyon parça üreticileri, sürekli gelişen teknoloji ile birlikte zorlu rekabet koşullarında varlıklarını devam ettirmek zorundadırlar. Bunu sağlayabilmenin en önemli ayaklarından biride maliyet, dolayısı ile kaynakların verimli kullanılmasıdır. Bu sebeple plastik enjeksiyon kalıplarında aşınma, kırılma vb. nedenlerle ortaya çıkan problemlerde hasar meydana gelen kalıp parçasının yenilenmesi yerine onarım kaynağı ile tamir edilmesi zaman, işçilik, maliyet ve hammadde kazanımı bakımından son derece önem kazanmaktadır. Bu çalışmada önce onarım işlemlerinde kullanılan TIG ve lazer kaynak yöntemleri hakkında bilgiler verilmiştir. Deneysel çalışmada ise DIN 1.2738 (EN:40CrMnNiMo8-6-4) plastik enjeksiyon kalıp çeliğinden hazırlanan numunlere TIG ve lazer kaynakları farklı parametreler seçilerek uygulanmış ve ortaya çıkan sonuçlar ITAB genişliği ve Vickers sertliği yönünden değerlendirilmiştir.
Binalarda ısıtma ve soğutma sistemlerinde enerji verimliliği ve uygulamaları
Teknolojinin sürekli olarak gelişmesi ve artan dünya nüfusu, beraberinde yoğun bir enerji kullanımı getirmiştir. Gelişmiş ülkelerde kişi başına düşen enerji kullanımı gelişmekte olan ülkelere göre daha yüksektir. Daha doğrusu bir ülkede kişi başına kullanılan enerji miktarının büyüklüğü o ülkenin gelişmişlik durumuyla ilgilidir. Dünya üzerinde bulunan fosil kaynakların (doğalgaz, kömür, petrol vb.) sınırlı olduğu göz önüne alındığında enerji verimliliğinin öneminin büyük olduğu anlaşılmaktadır. Düzgün yapılan enerji verimliliği çalışmaları ile ülke bazında hem maddi yönden büyük bir tasarruf sağlanır hem küresel ısınmaya ve hava kirliliğine neden olan sera gazı emisyonu önemli ölçüde azaltılmış olur. Binalarda ve endüstride ısıtma ve soğutma amacıyla kullanılan enerji miktarı oldukça yüksektir. Bu sebeple iyi bir enerji verimliliği analizine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada santrifüj pompa-vana kombinasyonunda yapılan enerji verimliliği ve bunun için yapılan uygulamalar araştırılmış ve analiz edilmiştir. Isıtma-soğutma sistemlerinde enerji verimliliği analizi için en önemli cihazlar pompa- vana kombinasyonudur. Pompa sisteme gerekli debiyi ve DP'yi sağlar. Hat üzerindeki vanalar ise akışkan debisini ve DP'yi ayarlar. Dolaysıyla pompalar ve vanalar enerji verimliliğinin anahtar enstrümanlarıdır. Bu çalışmada öncelikle enerji verimliliği, Türkiye-Dünya enerji durumu ve enerji verimliliğiyle ilgili standartlar ile yasalar ele alınmıştır. Bunların yanında pompalarla aynı sistem içinde yer alan balans vanaları, motorlu vanalar, frekans konvertörleri ve elektrik motorları gibi ekipmanların verimliliğiyle ilgili araştırmalar yapılmıştır. Buna ek olarak santrifüj pompaların verimli çalışması için alınması gereken bir dizi önlem irdelenmiştir. Ayrıca bu tezde aynı enerji talebine sahip ve aynı şartlar altında çalışan bir binanın ısıtma- soğutma sisteminde kullanılan bir santrifüj pompa, sırasıyla sabit debili, sabit DP'li ve oransal kontrollü olarak çalıştırılmıştır. Santrifüj pompanın sabit DP'li ve oransal kontrollü olarak çalıştırılabilmesi için frekans konvertörü kullanılmıştır. Deney sonucunda 3 farklı pompa kontrol grubunda (sabit debili, sabit DP'li ve oransal kontrollü) harcanan elektrik enerjisi miktarlarının sayısal değerleri ayrı ayrı bulunmuş, bulunan bu değerler enerji verimliliği yönünden incelenmiştir. Bunun sonucunda frekans konvertörünün sağladığı enerji tasarruf miktarlarının yüzdesel değerleri hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalara göre frekans konvertörlü ve oransal kontrole sahip pompa sabit debili pompadan %53.8, frekans konvertörlü ve sabit DP'li pompa ise sabit debili pompadan %20.86 daha az elektrik enerjisi tüketmektedir. Böylece frekans konvertörlü ve oransal kontrollü pompaların kısmi yükler altında çalışan pompalarda kullanılması gerektiği ortaya çıkmıştır.
Kren kirişlerinin hareketli yük altındaki dinamik davranışlarının incelenmesi
Hareketli yük problemi pek çok mühendislik alanını etkileyen önemli bir konudur ve krenlerde dinamik etkilere neden olmaktadır. Günümüzde, krenler daha yüksek hızlarla çalıştığından, kren tasarımında hareketli yükten kaynaklanan dinamik etkilerin çok iyi incelenmesi ve analiz edilmesi gerekir. Bu nedenle, bu çalışmada hareketli yüke maruz kren kirişlerinin dinamik davranışları incelenmiştir. Bu amaçla, kren ana kirişini temsil eden basit mesnetli, homojen, izotropik bir Euler-Bernoulli tipi kiriş için hareketli yük problemi matematiksel olarak ifade edilmiş ve çözülmüştür. Hareketli yük kirişe tekil bir kuvvet şeklinde etki ettirilmiştir. Böylece, kren kirişleri için yer değiştirmeleri, eğilme momentini, kesme kuvvetlerini veren matematik modeller elde edilmiştir. Bu çalışmada, sönümlü durum için elde edilen matematik modeller literatürde önceki çalışmalardan sönümsüz durum için elde edilen matematik modeller ile karşılaştırılmıştır. Ardından, Matlab programında algoritmalar oluşturulmuş ve çeşitli çalışma senaryoları için benzetim çalışmaları yapılmıştır. Senaryolar, farklı hızlar ve farklı kütle oranları için belirlenmiş ve her senaryo için kirişte sönümlü ve sönümsüz durumda oluşan yer değiştirmeler, eğilme momenti, kesme kuvveti grafikler ve tablolar halinde verilerek değerlendirilmiştir. Ayrıca, sönümlü ve sönümsüz durumdaki matematik modellerden elde edilen sonuçlarda karşılaştırılmıştır. Çalışmanın sonuçları, yüksek hızlarda çalışan krenler için statik hesapların yetersiz kaldığını göstermektedir. Krenlerde, hareketli yükten kaynaklanan dinamik etkilerin çalışma senaryolarına göre analiz edilmesi ve tasarımın buna göre yapılması uygun olacaktır.
3 eksen kartezyen robotlarda konstrüktif iyileştirmeler
Bir makine tasarımcısının hedefi, amaçlanan işi yapacak olan sistemi gerekli mekanik parçaları bir araya getirerek en optimum şekilde yapmaktır. Bu yolda sistemin sınır değerlerinin doğru belirlenmesi, hedefe ulaşılma yüzdesini doğrudan etkileyen bir faktördür. Bu tez çalışması; pazar ihtiyaçları, mevcut robotların incelenmesi, ülke sanayi şartları, mekanik sistem optimizasyonu, alt sistemlerin ve komponentlerin hesaplamaları, Bilgisayar destekli analiz ile komponent optimizasyonu gibi konuları ele alarak, optimum şartlarda bir 3 eksen kartezyen tasarımı sunmaktadır. Son kullanıcıdan alınan geri bildirimler ve yapılan gerekli testlerle tasarım son halini almış ve en optimum seviyeye getirilmiştir.
Sonlu elemanlar yöntemi ile 1.2 MW''lık rüzgar türbini kanadının aerodinamik ve malzeme optimizasyonu
Rüzgâr türbinlerinin kullanımının daha da artırılması için fayda/maliyet oranının yükseltilmesi gerekmektedir, bu terimin rüzgâr türbinleri için karşılığı TL/kwh olarak adlandırılan enerji maliyetidir. Enerji maliyeti, rüzgâr türbininin ürettiği elektrik miktarının, rüzgâr türbini imal edilirken ki maliyetine oranıdır. Bu değerin artırılması rüzgâr türbini kullanımının daha da artmasına neden olacaktır. Kanadın ağırlığı ile doğrudan ilişkili olan malzeme ve montaj maliyetleri, türbin maliyetinin önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Ülkemizin rüzgâr koşullarına uygun olarak aerodinamik açıdan optimize edilmiş rüzgâr türbini kanadı tasarlamak, bu kanadın ülkemizdeki rüzgâr koşullarında diğer ithal türbinlere göre daha fazla enerji üretimi yapabilmesi sağlayacaktır. Bu çalışma koşulları altında, benzer çıkış gücüne sahip olduğu belirtilen rüzgâr türbini kanatlarına göre daha hafif olması için malzeme açısından optimize edilmesi ve ağırlığı azaltılması enerji maliyetini düşürerek kullanım oranının daha da artmasını sağlayacaktır. Bu proje benzer ölçekte ki ithal rüzgâr türbinleriyle kıyaslandığında ülkemiz rüzgâr koşullarında daha fazla enerji üretecek aerodinamik açıdan optimize ve benzer ölçekteki rüzgâr türbinlerinden daha hafif olacak şekilde ağırlık açısından da optimize edilmiş 1.2 MW yatay eksen rüzgâr türbini kanadının tasarlanması ve prototip imalatıdır. Benzer ölçekteki ithal rüzgâr türbinleri, üretildiği ülkelerdeki rüzgâr koşulları baz alınarak tasarlandığı için, ülkemizde düşük oranda enerji üretimi yapmaktalar, bu sebeple tasarlanan kanat ülkemizdeki rüzgâr koşulları baz alınarak, düşük rüzgâr hızlarında dahi enerji üretimi yapabilmelidir. Proje sonucunda ülkemizdeki rüzgâr koşullarında yüksek enerji verimliliğine sahip olacak rüzgâr türbini kanadı tasarlanmıştır. Aynı zamanda benzer güçteki rüzgâr türbinlerine oranla daha hafif ve mukavemet açısından da sorunsuz rüzgâr türbini kanadı elde edilmiştir.
Kanatlı borulu ısı değiştiricileri hava tarafında ıslak yüzeyde ısı transferinin incelenmesi
Kanatlı borulu ısı değiştiriciler hava soğutma ve iklimlendirme sistemlerinde yoğun olarak kullanılırlar. Isı değiştirici yüzey sıcaklığı havanın çiğ noktası sıcaklığının altında olduğunda, hava içindeki su buharı yüzeyler üzerinde yoğuşmaya başlar. Bu durumda eşzamanlı ısı ve kütle geçişi söz konusu olur. Bu tez çalışmasında yukarıda sözü edilen durumda ısı geçişi deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde farklı devre ve sıra sayılarına sahip üç adet soğutucu batarya kullanılmıştır. Yoğuşma şartları altında kanatlı borulu ısı değiştiricinin hava tarafındaki hava giriş şartlarının, boru sıra sayısının ve devre sayısının ısı ve kütle geçişi karakteristikleri üzerine etkileri ile yoğuşan su kütlesinin zamanla değişimi incelenmiştir.
Ticari araçlarda egzoz gazının soğutulması için yeni bir tasarım
İnsan ve yük taşıma amaçlı araçlarda termal sistemlerin yönetimi, güvenlik ve standartlar açısından büyük önem taşır. Termal sistemlerin başında ısı kaynakları, bu ısı kaynaklarından yayılan ısının ve atık gazların yönetimi yer alır. Temel olarak hava ve yakıt bileşenlerinin motora içeresinde yakılıp ortaya çıkan ısı enerjisinin faydalı işe çevrilmesi sürecinde enerji çeşitli yollar ile motordan aktarılır ve alınır. Bu ısıl enerjini bir kısmı mekanik enerjiye çevrilir, bir kısmı motor çeperlerinden, bir kısmı soğutucu akışkanla alınır ve geri kalan kısmı da egzoz gazı olarak atmosfere atılır. Egzoz gazının sıcaklığı ve debisi aracın kullanım koşullarına, performansına, emisyon değerlerine, standartlarına ve enerji kullanım stratejilerin göre değişir. Temel ve kritik olarak üç farklı durum göz önüne alınabilir bunlar; maksimum güç, maksimum tork ve idle'dır. Bu durumlarda standart emisyon değerlerini tutturmak için farklı uygulamalar gerçekleştirilir. Ana yanma öncesi ve sonrası ateşlemeler, egzoz gazının tekrar sisteme geri alınıp soğutulduktan sonra temiz hava ile birlikte yanma odasına gönderilip tekrar yakılması, egzoz gazındaki partikülleri tutan DPF sisteminde biriken partiküllerin yakılması için yüksek sıcaklıklara çıkarılması gibi çeşitli işlemlerin yanında emisyon değerlerini düşürmek için çeşitli katalistler kullanılır. Bu durumların hepsi egzoz gaz sıcaklığını etkiler veya kimyasal tepkimenin verimli olması için motordan çıkan egzoz gaz sıcaklığı yükseltilir. Kamyonlarda egzoz gazlarının atmosfere atılma sıcaklıkları 500°C ve üstünde seyretmektedir. Bu yüksek sıcaklıktaki gaz; araçta ısıya hassas ve fonksiyonlarını yitirdiklerinde güvenlik riski taşıyan, aracın fonksiyonel olarak çalışmasını sağlayan parçalara zarar verebilmektedir. Bunun dışında araç çevresindeki insanlara ve diğer canlılara zarar verme riskiyle beraber, egzoz çıkışı çevresinde ot gibi tutuşma süresi ve sıcaklığı düşük maddelerin tutuşmasına ve alev almasına sebep olabilmektedir. Bu nedenle, egzoz sıcaklığının düşürülmesi kritik önem arz etmektedir. Bunun için yapılabilecek olanlar, ısı kaynağına müdahale etmek yanma sonucu çıkan ısıyı düşürmek, motorun çeperlerinden atılan ısıyı artırarak atılan egzoz gaz sıcaklığını düşürmek. Bu iki madde gerçekleştirilirse egzoz gazının atmosfere atılma sıcaklığı düşer fakat bununla beraber yanma performansı düşer, araçtan istenilen performans elde edilemez. Bu nedenden ilk durumun gerçekleştirilmesi uygun değildir. İkinci durumda ise eğer olması gereken değerin çok üstünde bir ısı çeperlerden atılırsa, yanma odasının sıcaklığı yanma için uygun sıcaklıklarının altına düşer ve bu yanma verimini direkt olarak etkiler, bunun yanında motor malzemeleri üzerindeki gerilme yüksek miktarda artarak, motor bloklarında ve pistonlarında ömrün azalmasına sebep olur. Bununla beraber iki madde içinde, yanma sonucu düşük sıcaklıkta egzoz gazı; emisyon değerlerinin sağlanması için tasarlanmış katalizörlerde sıcaklığın düşük olmasına sebep olur bundan ötürü kimyasal tepkimelerin verimli gerçekleşmemesine ve emisyon değerlerinin sağlanamamasına veya katalizör boyutlarının büyütülüp ek maliyet getirmesine sebep olur. Sayılan tüm bu nedenlerden dolayı, egzoz gazının sıcaklığının düşürülmesi gerekilen bölge motor ve yanma odasından ve emisyon işlemlerinin yapıldığı katalizör ve ayrıştırıcılardan sonra, egzoz gazı hemen atmosfere atılmadan önce yapılmalıdır. Bu şekilde araç performansına ve emisyona negatif bir etki yerine pozitif etki yaratılır. Bu çalışmada egzoz gazının atmosfere atılmadan hemen öncesinde yeni bir soğutucu sistem tasarımı yapılmıştır. Bu soğutucu tasarımdaki öncelikli hedefler, aktif enerji kullanmadan çalışabiliyor olması yani pasif ortamda var olan enerjinin kullanılması ve dolayısıyla araç işletim ve bakım masraflarına ek yapmamasıdır. Soğutucu tasarımın üzerinde haraketli parçalar olmaması, bu da yine enerji tüketimimi olmaması açısından parça ömrünün daha uzun olması ve bakım gerektirmemesi açısında önemlidir. Bu sebeplerden dolayı endüstride katı partikülleri taşımak için geniş alanda kullanılan ve ayrıca sıvı akışkanları taşımak ve sürüklemek için kullanılan jet pompası, kamyonlar ve egzoz sisteminde bir soğutucu sistem olarak tasarlanarak, geliştirilmiştir. Jet pompasının performansını etkileyen faktörler araştırılmıştır ve bunun yanında sıcaklıkla ilgili performans değerleri bu çalışma içerisinde geliştirilmiştir. Jet pompası performansı basınç düşüşü ve sürükleyebildiği akışkan değerlerinin fonksiyonu ile hesaplanır. Buna ek olarak daha önce çalışılmamış, sıcaklık düşüşü performansı bunlara eklenerek geliştirilmiştir. Jet pompası tasarımı için literatürde çeşitli analitik formülasyonlar mevcuttur. Bunlar detaylı şekilde incelenmiştir ve bu formülasyonların jet pompasının geometrik etkilerini tam olarak içermemesi, standart ampirik verilerin kullanılması, simetrik olmayan akışın etkisinin katılamaması ve akışa üç eksende üniform olmayan şekilde etkiyen unsurların eksikliğinden dolayı, gelişmiş çözüm mekanizması olarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı kullanılarak parametreler incelenmiştir. Optimum geometri istenilen koşullar altında sağlanmıştır ve jet pompası tasarım prosedürü oluşturulmuştur. Çalışma içerisinde termodinamik olarak minimum teorik sıcaklık düşüş değerleri hesaplanmıştır. Bu değerlere had çalışmalarıyla uygun parametrelerle kısıtlar altında yaklaşılmıştır. HAD çalışmalarında k-e Realizable model ile çalışmalar yapılmış buna ek olarak LES ile karşılaştırılması yapılmıştır. Sonuç olarak en uygun geometrili jet pompası tasarımı üretilmiştir. Bu prototiple beraber testler gerçekleştirilmiştir. Test sonuçları ve yapılan hesaplamaların iyi bir şekilde uyuştuğu ortaya konmuştur. HAD ve test çalışmalarıyla tüm araç çalışma koşulları için geçerli olan, teorik olarak mümkün olan en yüksek verimli, en kısa mesafede en düşük sıcaklığa homojen şekilde düşürülebilen jet pompası tasarımı gerçekleştirilmiştir.
Mini insansız hava araçlarında kullanılan motorların performanslarının incelenmesi ve optimizasyonu.
İlk olarak 19. yüz yılda balon olarak kullanılmaya başlayan insansız hava aracı (İHA), günümüzde önemli bir yere sahip olan teknolojisinin kullanım alanları incelendiğinde sağladığı avantajların göz ardı edilemeyecek derecede büyük olduğu görülmektedir. Özellikle 1990'lı yıllardan sonra teknoloji alanındaki yüksek ivmeli gelişmeler, ülkelerin, askeri stratejilerini tekrar gözden geçirmelerine neden olmuştur. Gün geçtikçe ağır sanayi ürünlerinin yerini daha hafif, hızlı ve daha etkili araçlar almaya başlamıştır. Bu gelişmelerden birisi de özellikle istihbarat amaçlı yürütülen uzay çalışmaları ve insansız hava araçlarıdır. İnsansız hava araçları insan bünyesinin dayanamayacağı görevleri yapabilecek kapasiteye ulaşmıştır. Bu görevlerin icrası tasarlanan aracın karakteristiğine ve performansına bağlıdır. Bir insansız hava aracının göreve yönelik performansı birçok değişkene bağlıdır. Tasarım aşamasında aracın yapacağı görev göz önünde bulundurulmalı ve aracın tüm parçaları buna göre optimize edilmelidir. Bu bağlamda aracın parçaları arasında en kritik parça motordur. Aracın motorunun seçimi veya tasarlanması aşamasında motorun kriterlerinin ve performansının çok iyi incelenmesi bir şarttır. Bu çalışmada model bir İHA ile mevcut İHA'lar ve motorlarının itki, ağırlık, hız, kanat açıklığı ve havada kalış süresi gibi değerler göz önüne alınarak performans incelemesinde bulunulmuştur. Özellikle son dönemlerde ilgi odağı olmaya başlayan mikro jet motorlarının diğer insansız hava araç motorlarıyla performans kıyaslaması yapılmıştır. Bu çalışmada ayrıca model İHA'nın motor performansının incelemesinin devamında ise model İHA'da kullanımı amaçlanmış bir radyal akışlı mikro jet motor türbininin kanatlarının ısıya karşı gösterdikleri davranışları COMSOL bilgisayar analiz programıyla incelenmiştir. Sıcaklık değişiminin kanat üzerindeki etkilerini incelemek için, İHA'nın 7 farklı uçuş gerçek şartları göz önünde bulundurularak üç ayrı ısı taşınım katsayısı hesaplanmıştır. Türbin dış yüzeyi, türbin dış ve yan yüzeyi, türbin dış ve yan yüzey ile merkez kısmı için hesaplanan ısı transfer katsayısı sisteme tanımlanarak kanat üzerindeki sıcaklık analizi yapılmış ve değerlendirmelerde bulunulmuştur. İHA hızı ve yüksekliği arttıkça h değeri artacağından soğuma etkisinin de arttığı gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: İHA, jet motoru, radyal akışlı mikro jet motoru türbini, COMSOL, ısı taşınım katsayısı YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Analyses and assessments of three renewable energy based integrated systems for multigeneration
The modern world depends on the fossil fuel consumption as a primary energy source, and this is especially obvious in all industrialized countries. Due to the resource depletion and non-sustainable resources, fossil fuels are not capable of compensating the growing energy needs. In addition, the easily extractable fossil fuels are facing an increase in their prices. It is worth mentioning that greenhouse gases (mainly CO2) have been accumulated in the atmosphere by burning fossil fuels. Therefore, recently scientific research and academic studies as well as energy policies have been focused to find a permanent solution for the environmental issues by utilizing from the non-polluting resources such as renewable energy and hydrogen. Furthermore, one other way to reduce the greenhouse gases emissions is to design the energy systems in a more effective manner by producing multiple useful commodities from the system. Therefore, one of the main goals of the thesis is to design three different types of renewable based energy systems which provide higher energy and exergy efficiencies by producing electricity, heating, cooling, hot domestic water and hydrogen outputs, as useful outputs. One of the most important enviromental issues related to the using geothermal operating fluids to generate electricity is non-condensable gases (NCG) emissions. Hydrogen sulfide (H2S), which is one of these gases, has many adverse effects on the environment and human body. Therefore, another objective of the present study is to reduce the hydrogen sulfide emissions in the geothermal power plants. For this purpose, an AMIS (AMIS® - acronym for "Abatement of Mercury and Hydrogen Sulfide" in Italian language) unit and an electrolyzer system are integrated to the presently developed systems. In this way, not only the negative effects of hydrogen sulfide are reduced, but also hydrogen is generated as a clean fuel which has a vast potential to replace fossil fuels. To accomplish the specific objectives and evaluate the newly developed systems and their performance both energetically and exergetically, a detailed thermodynamic analysis is performed by using Engineering Equation Solver (EES) software. The results show that overall energy and exergy efficiencies for the studied systems becomes 67.95% and 60.94%, respectively. In addition, hydrogen sulfide emissions are reduced by 738.8 g/s, while the inlet mass flow rate of geothermal fluid is 60 kg/s. Also 6.234 MW additional power can be produced through hydrogen fuel from the geothermal power plants.
Sistem parametrelerinin hidrokarbon soğutucu akışkanlı ısı pompalı sistemin yoğuşma performansı üzerine etkisi
Son yıllarda küresel ısınma kritik seviyelere ulaştığı için bazı soğutucu akışkanların kullanımı sınırlandırılmıştır. Avrupa Birliği F-Gaz Yönetmeliği ile küresel ısınma potansiyeli (GWP) 150' den büyük olan soğutkanların kullanımlarına ilişkin kota getirilmiştir. Kullanımı sınırlandırılan soğutkanlardan hidroflorokarbonlar (HFC) ısı pompalı sistemlerde oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu soğutkanların çevresel etkileri göz önüne alındığında F-gaz yönetmeliğine uyum sağlamak için uzun vadeli alternatifler aramak oldukça önemlidir. Hidrokarbonlu (HC) soğutkanlar ısı pompalı uygulamalar için uygun alternatifler arasında gösterilmektedir. HC soğutkanlardan R290 sıfır ODP ve düşük GWP sebebiyle mevcut HFC sistemleri için uygun potansiyel bir soğutucu akışkandır. Isı pompası sistemlerinde, buharlaştırıcıdan geçen havanın yoğuşmasında etkili olan birçok sistem bileşeni vardır. Bu bileşenlerin farklı tasarım durumlarında yoğuşma performansını ve yoğuşma verimini nasıl etkilediğini bilmek oldukça önemlidir. Bu çalışmada, R290 hidrokarbon soğutucu akışkanlı ısı pompalı sistemde kılcal boru boyu, soğutucu akışkan şarj miktarı, hava debisi ve buharlaştırıcı boru sayısı gibi farklı parametrelerin yoğuşma performansı ve yoğuşma verimi üzerine etkisi deney tasarımı yaklaşımı ile incelenmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlar teorik analizlerle karşılaştırılmıştır. Deneysel verilerden hareketle bir regresyon model oluşturulmuştur. Bu modelde, yoğuşma performansı üzerinde ikili ve üçlü etkileşim kombinasyonlarının, tekli ve dörtlü kombinasyonlara göre daha etkin olduğu tespit edilmiştir.
İmalat tesislerinde yangın tesisatlarının tasarım ve uygulama hatalarından kaynaklanan risklerin analizi
Yangın ölüm yaralanma ve büyük maddi kayıplara neden olan bir afettir. Yangın riskleri çok çeşitli olup bu risklerin bir kısmı yangın tesisatlarından kaynaklanmaktadır. İmalat tesislerindeki eski yangın tesisatları için, standartlara dayanan detaylı ancak geleneksel check-list şeklindeki yangın risk analizleri gerçekçi olmayan sonuçlar ortaya çıkarabilir. Bu sebeple, yeni ve daha bütüncül yaklaşımların da uygulanması gerekmektedir. Bu tez, Türkiye'de imalat tesisleri için "Yangın Güvenliği Risk Sıralama Sistemi" şeklinde bir risk analiz yöntemi önermeyi amaçlamaktadır. Bir yangın güvenliği risk sıralama sisteminin amacı mevcut binaların çeşitli yangın güvenliği özelliklerinin performansını değerlendirmek ve yangın risk seviyesini nicelleştirmektir. Bu amaçla 30 imalat tesisinde uygulama yapılmıştır. Uygulama yapılırken, risk skoru hesaplamada kullanılan yangın güvenlik kriterleri, ulusal ve uluslararası mevzuat ve standartlar dikkate alınarak oluşturulmuştur. Bu kriterler; yapı özellikleri, yangın güvenlik sistemleri ve yönetim sistemleri olmak üzere üç ana bölüme ayrılmıştır. Öncelikle, Analitik Hiyerarşi Süreci (AHP) yöntemi ile bu kriterlere ilişkin ağırlıklar belirlenmesi için 20 yıl ve üzeri tecrübesi bulunan yangın uzmanlarına anket uygulanmıştır. Aritmetik olarak hesaplanan her bir ağırlık, puanlanan risk skoru ile çarpılarak toplam risk skoru elde edilmiştir. Toplam risk skorundan elde edilen veriler ile tesislerdeki yangın güvenlik sıralaması skor çizelgesi oluşturulmuştur. Sonuçlara göre, uygulama yapılan 30 imalat tesisinde 100 tam puan alan 2 tesis bulunuyorken, 70 puanın altında kalan 18 tesis tespit edilmiştir. Bunlardan 2 tanesi 50 puanın altında çok düşük skorda kalırken, toplam 8 tesisin puanı 60'ın altındadır. Uygulama yapılan imalat tesislerinin %7'sinde yangın güvenlik önlemleri mevzuat ve standartlara uygun durumda olmasına karşın, yaklaşık %67'si kısmen ya da büyük çoğunlukla yangın güvenliği açısından yetersiz durumda olduğu tespit edilmiştir.
Termik santralin güneş destekli bir hibrit santrale dönüşümünün teknik analizi
Türkiye, özellikle son yıllarda, elektrik üretiminde yerli kömür ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını artırmayı hedef edinmiştir. Elektrik üretiminde kömürün daha fazla kullanılması çevreye zararlı olan emisyon gazlarının artışına neden olacaktır. Kömür kaynaklı bu problemlerin azaltılması için ise yenilenebilir enerji kaynakları kullanılabilir. Bu çalışmada, mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün termodinamik ve ekonomik analizi yapılmıştır. Temel alınan santraller Yatağan ve Çan Termik Santralleridir. Çalışmada ilk olarak güneş alanının büyüklüğü optimize edilmiştir. Optimizasyon parametreleri olarak besleme suyu debisi ve modül sayısı alınmıştır. Optimizasyon yapılırken hibrit santralde güç artışının olmadığı, sadece yakıt tasarrufunun olduğu dikkate alınmıştır. Besleme suyu ön ısıtıcıları için çekilen ara buhar debisini sıfır yapacak güneş alanı değeri optimizasyonun sınır şartı seçilmiştir. Güneş destekli hibrit santral için tasarım şartları olarak kuzey yarım kürede en uzun günün yaşandığı tarih olan 21 Haziran, bu tarihte güneşin en yüksek noktada olduğu yerel saat olan 13.00, 900 W/m2 radyasyon değeri ve santralin %100 yük koşulları altında çalıştığı varsayımı kabul edilmiştir. Spesifik tarihler (21 Mart, 21 Haziran ve 21 Aralık), zaman, güneş radyasyon değeri, güneş alanı ve yük faktörü parametre olarak alınmıştır. Ele alınan parametrelere göre hibrit santralin enerji ve ekserji verimi ile özgül yakıt tüketimi hesaplanmış olup referans alınan santrallere göre değişimleri irdelenmiştir. Daha sonra %100, %75 ve %50 yük koşullarında ilk önce yıllık yakıt tasarrufu ve daha sonra yakıt tasarrufuna bağlı olarak yıllık karbondioksit emisyon azaltımı hesaplanmıştır. Son olarak ekonomik hesaplar için emisyon, güneş alanı ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Destekleme Mekanizması (YEKDEM) elektrik birim fiyatı parametre olarak alınarak yatırımların geri ödeme süreleri irdelenmiştir. Termodinamik analizler sonucunda, her iki santral için de güneş alanının yüksek basınç ön ısıtıcıların hepsine paralel olarak yerleştirilmesinin en uygulanabilir çözüm olduğu tespit edilmiştir. Güneş alanının yüksek basınç ön ısıtıcıların hepsine paralel olarak yerleştirildiği senaryolarda yıllık yakıt tasarrufu, Yatağan Termik Santrali için 16.513,3 t/yıl ve Çan Termik Santrali için 7.003,7 t/yıl değerini alarak en büyük değerine ulaşmıştır. Bu senaryolar için Yatağan Termik Santrali'nde %0,95'lik, Çan Termik Santrali'nde ise %0,61'lik yıllık yakıt tasarrufu ve yıllık emisyon azaltımı sağlanmıştır. Tasarım şartlarında, yıllık yakıt tasarrufunun en fazla olduğu senaryolar için termik verim Yatağan Termik Santrali'nde %8,9, Çan Termik Santrali'nde %7,2 düşüş göstermiştir. En iyi senaryolar için dahi güneş alanı birim fiyatının, Yatağan Termik Santrali için 138,9 €/m2'ye, Çan Termik Santrali için ise 127,1 €/m2'ye düşmesi durumunda yedi yıllık geri ödeme süresinin sağlanabileceği görülmüştür. YEKDEM elektrik birim fiyatı ise, Yatağan Termik Santrali için 0,24 €/kWh ve Çan Termik Santrali için 0,26 €/kWh olursa aynı şekilde yedi yıllık geri ödeme süresi sağlanabilir. Sonuç olarak, Türkiye'de uygulanacak bu hibrit sistemin finansal açıdan gelecek yıllarda çok daha ekonomik olabileceği görülmüştür.
Yeşil enerjinin ekonomik boyutunun incelenmesi
Günümüzde karşı karşıya kalınan birçok çevre sorunu sebebiyle, yenilenebilir enerji üzerine çevresel bir farkındalık oluşmaya başlamıştır. Bu çalışma, toplum için bu farkındalığa ek olarak; farklı bir bakış açısı kazandırmayı amaçlamaktadır. Yeşil enerji, yalnızca çevre sorunlarının çözümüyle ilişkilendirilip, ekonomik kazanımları göz ardı edilirse; sorunların çözümünde başarılı olunamaz. Çalışmanın birinci bölümünde yapılan girişin ardından; ikinci bölümde yenilenebilir enerji çeşitleri, bunların avantaj-dezavantajları ile Kyoto Protokolü ve diğer uluslararası anlaşmalardan bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde; Türkiye'nin genel enerji durumu, petrol ile gaz hatları verilmiş ve yenilenebilir enerji durumu ele alınmıştır. Dördüncü bölümde; enerji yatırımları ve ekonomik etkileri tartışılmış, enerji tüketimi ve büyüme arasındaki nedensellik ilişkisi irdelenmiştir. Beşinci bölümde; yenilenebilir enerjinin maliyet hesabının nasıl yapıldığı ve kaynakların birim enerji maliyeti karşılaştırmaları aktarılmıştır. Altıncı bölümde; yenilenebilir enerjinin çevreye bir zararı olup olmadığı araştırılmış ve üretimde kullanılan enerji kaynaklarının emisyon karşılaştırılmaları yapılmıştır. Yedinci ve son bölümde; elde edilen veriler yorumlanmış ve öneriler paylaşılmıştır.