Computational fluid dynamics (HAD)
94 theses under this subject heading
Çift hava akımı ile çalışan dikey eksenli rüzgar türbininin analizi
Bu çalışmada rüzgar türbinlerinde yeni bir konsept olan çift karşıt hava akımıyla çalışma yöntemi incelenmiş, konsepttin çalışma teorisi açıklanmış ve performansı da hesaplamalı akışkanlar dinamiği yardımı ile hesaplanmıştır. Bu çalışma kapsamında dikey eksenli sürükleme tipi rüzgar türbini seçilmiş ve model tasarlanmıştır. Bu konseptte en önemli unsur havanın yönlendirilmesidir. Bu çalışmada yönlendirme için bir kanal yapısı kullanılmıştır. Model, farklı rüzgar hızlarında geleneksel yöntem olan tek yönden hava akımı ve yeni konsept olan çift karşıt hava akımı için AutoDesk CFD 2024 programında simülasyonları modellenmiştir. Bu çalışma için ön bölümden 5, 7 ve 9 m/s ve arka bölümden giriş için 0, 3, 5 ,7 ve 9 m/s rüzgar hızlarında analizler gerçekleştirilmiştir. Bu simülasyonlar sayesinde geleneksel çalışan türbin ve yeni konseptle çalışan türbin için performans sonuçları elde edilmiştir. Sonuçlar, geleneksel olarak çalışan türbinin farklı rüzgar hızlarında minimum 19.35 W ve maksimum 115.22 W güç üretebildiğini göstermiştir. Yeni konsept minimum 70.10 W ve maksimum 1412.98 W güç üretebildiğini göstermiştir.
Uçak kanadı tasarımının uygun dikgen ayrıklaştırma ve tümevarımsal tasarım araştırma yöntemi kullanılarak belirsizlik altında disiplinlerarası optimizasyonu
Belirsizliklerin dahil edildiği uçak kanatlarının gürbüz optimizasyon süreci, karmaşık parametrik geometri tanımlamalarından dolayı yüksek sayıda tasarım değişken sayısına sahiptir. Gürbüz optimizasyon problemlerinde değişken sayısının artması yüksek hesaplama maliyetlerine sebebiyet vermektedir. Bu yüzden tasarım değişken sayısının ve tasarım karmaşıklığının azaltılması gürbüz optimizasyon süreçleri için büyük önem arz etmektedir. Bu sorunlara çözüm olarak uygun dikgen ayrıştırma yöntemi, tümevarımsal tasarım araştırma yöntemi ile entegre edilerek hesaplama yükü azaltılmıştır. Uygun dikgen ayrıştırma yöntemi, bir boyut azaltma yöntemi olup gürbüz optimizasyon sürecinde kanat tasarım değişkenlerini analiz ederek baskın özellikleri çıkartmaktadır. Hesaplanan baskın özellikler yardımıyla daha az sayıda tasarım değişkeni kullanılarak kanat geometrisi yeniden parametrik hale getirilip hesaplama maliyeti açısından avantaj sağlanmaktadır. Tümevarımsal tasarım araştırma yöntemi sayesinde ise tasarım gereksinim ve kısıtları göz önünde bulundurularak hem tasarım girdilerindeki hem de simülasyon modellerindeki belirsizlikler hesaplamalara dahil edilip gürbüz tasarımlar hesaplanmıştır. Tümevarımsal tasarım araştırma yönteminin temelinde yatan fikir, belirsizliklerin hesaba katıldığı tasarımlar için, bir gürbüzlük kriterine göre tasarım alternatiflerini değerlendirmek ve gürbüz tasarımları belirlemektir. Bu amaçla, hesaplanan gürbüz tasarımlar, amaç fonksiyonu ve gürbüzlük kriteri açısından kıyaslanarak avantaj ve dezavantajları değerlendirilmiştir. Gürbüz optimizasyon süreçlerinde bir diğer sorun ise özellikle hem aerodinamik hem de yapısal gereksinimlerin göz önünde bulundurulduğu disiplinlerarası çalışmalarda yüksek doğruluk seviyesine sahip hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve sonlu elemanlar analizlerinin kullanılmasının hesaplama sürelerini arttırmasıdır. Bu yüzden yüksek doğruluklu hesaplama yöntemlerinin kullanımından gelen hesaplama yükü ise uygun dikgen ayrıklaştırma tabanlı radyal bazlı fonksiyon vekil modeli ile azaltılarak tasarım uzayı araştırılmıştır. Kullanılan vekil modelin tasarım çıktılarını tahmin yeteneği de hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve sonlu elemanlar analizinden hesaplanan değerler ile kıyaslanarak kullanılan yöntemin verimliliği değerlendirilmiştir. Tasarım esnasında meydana gelen belirsizliklerden ötürü hesaplanan ve üretilen tasarımlar arasında farklılıklar mevcuttur. Bu yüzden disiplinlerarası gürbüz optimizasyon çalışması için belirsizliklerin belirlenmesi de bir diğer önemli husustur. Bu çalışmada hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizlerinde kullanılan türbülans modelinden meydana gelen belirsizlikler, özuzay sarsınım yöntemi ile belirlenmiştir. Bu sayede tasarım çıktılarının türbülans modelinden ötürü meydana gelen belirsizlikler altındaki değişimi hesaplanmıştır. Kanat iç yapısının dayanımı, kanat ağırlığı gibi konuların dahil olduğu yapısal optimizasyon sürecinde ise kafes hücre yapılarından faydalanılmıştır ve kafes hücrelerinin üretiminden meydana gelen belirsizlikler de hesaplanarak gürbüz optimizasyon çalışmasına dahil edilmiştir.
Kompozit kanat yapıları üzerinde tamir modellemesi ve sonlu elemanlar analizi
Karbon fiber takviyeli polimerler (CFRP), havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzemeler yüksek mukavemet/ağırlık oranı, yorulma direnci, hafiflik ve korozyon direnci gibi özelliklere sahiptirler. Ancak, bu kompozit yapıların önemli bir dezavantajı, düşük darbe tokluğundan kaynaklanan hasara duyarlı olmalarıdır. Bu tür bir hasar meydana geldiğinde, yapının tamir veya değiştirme gerektirebileceği bilinmektedir. Kompozit yapıların tamir tasarımları, mukavemet onarımını sağlayabilir ve aerodinamik açıdan düzgün yüzeyler oluşturarak hasarlı parçanın nispeten daha maliyet etkin bir şekilde onarılmasına olanak tanır. Bu nedenle, tabakaların oryantasyonu, kalınlığı, şekli, ekstra tabaka sayısı, tamir bölgesinin büyüklüğü gibi parametreler gereksinimlere uygun olarak seçilmelidir. Bu tez çalışması kapsamında, tam ölçekli bir kabuk yapısındaki kompozit kanat üzerinde tamir tasarımları modellenmiş ve gerçekçi yüklenme koşulları altında yapının yapısal bütünlüğü değerlendirilmiştir. Tamir modellemesi ve analizleri kompozit yapı üzerinde kabuk metodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kabuk metodunun doğrulanması amacıyla numune seviyesinde ASTM-3039D standartlarına uygun çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Numune seviyesinde gerçekleştirilen testlerden elde edilen sonuçlar ve yapısal analiz sonuçlarını doğrulamıştır. Yapısal analizler, ABAQUS yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasının devamında, NACA kanat profillerine dayalı olarak geliştirilen ve belirlenen gereksinimlere uygun olarak tasarlanmış yeni bir kanat modelinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan kanat profili üzerinde 0°-5°-10°-15°-20°-25°-30° değerlerindeki hücum açıları düşünülerek HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. HAD analizlerinden en kritik hücum açısında elde edilen basınç değerleri, yapısal analizlerde kullanılmak üzere yük dağılımı fonksiyonu kullanılarak belirlenmiştir. Aerodinamik kuvvetlere ek olarak yer çekimi, mühimmat ağırlığı ve yakıt ağırlığı gibi kuvvetler, tam ölçekli kanat modeline sınır şartı olarak uygulanmıştır. Çeşitli tamir senaryoları belirlenmiş ve tam ölçekli kanat kabuk yapısındaki en kritik bölgede tamirlerin yapısal analizleri gerçekleştirilmiştir. Belirlenen bölgede uygulanan tamir senaryoları Hashin metodunu kullanılarak gerinim değerleri ile kıyaslanmış ve tamir çalışmaları doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, yapıdaki hasarlı bölge sayısı, hasarlı tabaka sayısı, tamir bölgesine serimi uygulanan ekstra tabaka sayısı ve oryantasyonu, tamir tasarımının şekli gibi faktörlerin yapının yük taşıma kapasitesini ve yük yolunu etkilediğini göstermiştir. Gerçekleştirilen sayısal analiz çalışmaları, kabuk yöntemi ile tamir modellemesinin isabetli sonuçlar sağladığını göstermiştir ve olası hasar durumlarında izlenilmesi gereken yöntem hakkında önemli bilgiler sunmuştur.
Pıhtı birikimi ve efor koşullarının abdominal aort anevrizması üzerinde oluşturduğu hemodinamik etkilerin sayısal yöntemlerle incelenmesi
Abdominal aort anevrizması damar genişlemesine bağlı olarak oluşan önemli bir sağlık sorunudur. Tedavi edilemediği takdirde anevrizma büyümeye devam eder ve yırtılma riski içerir. Olası bir anevrizma yırtılması, ciddi bir kan kaybına yol açmakta ve ölümle sonuçlanabilmektedir. Bu nedenle, abdominal anevrizmaların erken safhada teşhis edilmesi ve olası yırtılma risklerinin tahmin edilmesi kritik öneme sahiptir. Genel olarak, 5 cm üzerinde çapa sahip olan anevrizmalar riskli olarak değerlendirilmektedir. Ancak, 5 cm'den daha büyük çapa sahip olup ömür boyu yırtılmayan anevrizmalar bulunmaktadır. Öte yandan, 3 cm gibi nispeten küçük bir çapa sahip olup yırtılan abdominal anevrizmalar bulunmaktadır. Bu durum, riskli olan vakaları belirlemek için sadece çap değerini kullanmanın yeterli olmadığını göstermektedir. Bu nedenle, anevrizma içindeki hemodinamik değişkenlerin ve damar duvarındaki yapısal parametrelerin detaylı olarak hastaya özgü bir şekilde incelenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, anevrizma yırtılma riskini belirleyebilmek amacıyla, gerçek bir anevrizma geometrisi kullanılarak hemodinamik ve katı-sıvı etkileşimli analizler gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen analizlerde, pıhtı hacminin büyüklüğü, pıhtının sertliği ve efor koşullarının değişkenliği gibi parametreler göz önüne alınmıştır. Pıhtı hacmi ile ilgili olarak pıhtısız, düşük seviyede pıhtılı, orta seviyede pıhtılı ve yüksek seviyede pıhtılı durumlar düşünülmüştür. Pıhtı sertliği ile ilgili olarak yumuşak, normal ve sert pıhtı durumları düşünülmüştür. Efor koşulları ile ilgili olarak dinlenme halindeki düşük efor, normal efor ve egzersiz halindeki yüksek efor koşulları düşünülmüştür. Yırtılma riskini değerlendirebilmek için katı- sıvı etkileşimli analizler ile damar duvarında oluşan maksimum gerilme değerleri belirlenmiştir. Damar üzerindeki gerilme değerleri arttıkça anevrizmanın yırtılma riski artmaktadır. Elde edilen sonuçlara göre, pıhtı birikiminin artmasının ve pıhtının sertleşmesinin, damar duvarındaki gerilme seviyelerini azalttığı ve dolayısıyla yırtılma riskini düşürdüğü gözlemlenmiştir. Efor koşullarının artması ile birlikte damar duvarındaki gerilmeler kısmi de olsa artmaktadır. Ancak, efor koşullarının etkisi pıhtı birikiminin etkisine kıyasla sınırlıdır. Yırtılma riskinin en yüksek olduğu bölgeler, anevrizmada en büyük genişlemenin olduğu bölge ile aortun anevrizma ile birleştiği bölge olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, abdominal aort anevrizmasında oluşan hemodinamik değişimleri ortaya koymuş ve yırtılma riski açısından kritik öneme sahip olan parametreleri göstermiştir.
Farklı tip plakalı ısı değiştiricilerin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Isı değiştiricileri farklı sıcaklıktaki akışkanların aralarındaki enerji transferi için endüstride en çok kullanılan cihazlardır. Gıda sektöründeki ihtiyaç ile birlikte geliştirilen ısı eşanjörleri bugünlerde gıda sektörünün yanında soğutma ve iklimlendirme sistemlerinde, kimya endüstrisinde, ısıtma sistemleri gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Plakalı ısı değiştiricileri için literatürde verilen eşitlikler plakaya özgü olduğu için birbirlerinden farklıdır. Bu tez çalışmasında birçok kullanım alanı olan endüstriyel tip yüksek, orta ve düşük açılı üç farklı tip plakalı ısı değiştiricisi deneysel olarak incelenip elde edilen sonuçlar kullanılarak Nusselt sayısı ve basınç kayıp katsayısı için eşitlikler çıkartılmıştır ve literatürdeki diğer araştırmalar ile karşılaştırmaları yapılmıştır. Deneysel çalışmanın doğrulanması ve akış dağılımları hakkında bilgi edinmek için yüksek açılı plakalı ısı değiştiricisi sayısal olarak da incelenmiştir. Çalışmada ayrıca iki farklı plaka sayısının etkisi de incelenmiştir. Deneysel sonuçların hem literatür ile hem de sayısal çalışmalar ile uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Kanal içerisindeki hız dağılımları grafikler halinde verilmiştir ve buradaki dağılımlardan yararlanarak muhtemel iyileştirmeler hakkında bilgiler vermiştir.
AGARD 445.6 kanadının açık kaynak kodlu yazılımlar kullanarak hesaplamalı aeroelastik analizi
Hava aracının ses-altı rejimden ses-üstü rejime geçişi esnasında tecrübe edilen, uçuş hızının ses hızı civarında seyrettiği, 0.8-1.2 Mach arasına transonik rejim adı verilir. Bu rejimde uçağın kendisi ses hızından daha düşük hızda hareket ediyor olsa da, çevresinde dolaşan hava hızı bazı noktalarında ses hızını aşabilir. Yerel hava hızının ses hızına yakın veya daha yüksek olduğu bölgelerde, sıkıştırılabilirlik etkileri ortaya çıkar ve şok dalgası ile sınır tabaka etkileşimi sebebiyle şokun arkasında sınır tabakada bir ayrılma meydana gelir. Bu türden karmaşık akım olaylarının meydana geldiği transonik rejimde uçan hava araçlarının aeroelastik davranışlarını belirlemek için klasik çırpınma yöntemleri yeterli olmamaktadır. Son yıllarda, transonik uçakların çırpınma kararsızlıklar sınırlarının belirlenmesine yönelik çalışmalar yaygınlaşmış olmakla birlikte bu çalışmalardan ilki deneysel bir çalışma olan ve günümüzde hesaplamalı aeroelastik kodlarının doğrulaması için bir standart haline gelmiş AGARD 445.6 kanadıdır. Bu çalışmada, AGARD 445.6 kanadının tamamen açık kaynaklı yazılımlar kullanarak çırpınma kararsızlıklarının elde edilmesi ve sonuçların deneysel sonuçlarla karşılaştırılması amaçlanmıştır. Geometri ve çözüm ağı oluşturulması (GMSH), çözüm (SU2, Calculix) ve sonuçların görüntülenmesi (Paraview) aşamalarının her biri açık kaynaklı yazılımlar ile geçekleştirilmiştir. Akışkan için HAD yöntemleri, yapı için Hesaplamalı Yapısal Dinamik (HPY) yöntemlerini kullanan ayrık çözücülerin bağlaşımı açık kaynak kodlu bir kütüphane olan PreCICE yazılımı ile yapılmıştır. Hem akışkan hem de yapı çözümü için çok doğruluklu modeller oluşturularak, karşılıklı kıyaslamalar yapılmıştır.
Gurney flap yapısının kanat aerodinamik karakteristiğine etkisinin incelemesi
Bu tez çalışmasında, Gurney flap yapısının kanat aerodinamik karakteristiğine etkisinin incelenmesi gerçekleştirilmiştir. Kanat profili olarak çeşitli kullanım alanlarına sahip ve simetrik bir kanat profili olana NACA 0012 kanat profili kullanılmıştır. Çalışma bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) programı aracılığı ile sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Kanat veter uzunluğunun 1m olarak alındığı çalışmada, veter uzunluğuna bağlı olarak Reynolds sayısı 1×〖10〗^6 olarak alınmıştır. Analizlerde akışkan olarak hava kullanılmıştır. Çalışma içerinde Reynolds sayısı sabit parametre olarak kabul edilmiş, Gurney flap açısı, hücum açısı, Gurney flap geometrisi ve türbülans modeli değişken parametre olarak kabul edilmiştir. Türbülans modeli olarak havacılıkta sıklıkla kullanılan Spalart-Allmaras (S-A) türbülans modeli ve Shear StressTransport (SST) k-ω türbülans modeli kullanılmış, model verileri literatürde bulunan veriler ile karşılaştırılmasında SST k-ω modelin literatür verileri ile korelasyon katsayısı 0,975 çıkmıştır. S-A model verilerinin literatür verileri ile korelasyon katsayısı 0,961 olmuştur. Bu durumda SST k-ω modelinin, daha doğru sonuçlar verdiği sonucuna ulaşılmıştır. Kullanılan Gurney flap açıları arasında 90°'lik açının optimum sonuç verdiği ve bu durumun literatür ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Optimum flap açısı olarak belirlenen 90°'lik Gurney flap açısısında hücum açısının 3°, 6°, 9°, 12°, 15°, 18° değerlerinde sırasıyla %90; %50,27; %36,03; %27,04; %18,36; %6,39 değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Yarım Gurney flap yapsının 90°'lik Gurney flap yapısının yerine kullanılmasıyla birlikte hücum açısının 3°, 6°, 9°, 12°, 15°, 18° değerlerinde sırasıyla %15,92; %7,38; %5,33; %4,44; %4,39; %2,83; %6,715 artış gözlemlenmiştir. Yarım Gurney flap ile 90°'lik tekli Gurney flap yapısı aerodinamik verimleri karşılaştırıldığında en yüksek artış hücum açısının 0°'de %11,11 değerinde gerçekleşmiştir. Gurney flap geometrisinin incelenmesinde yarım Gurney flap yapısının aerodinamik karakteristiğinin, klasik Gurney flap yapısına benzer olduğu ve bu nedenle yarım Gurney flap yapısının kullanılmasının uygulamalarda ağırlık faktörü açısından daha avantajlı olacağı sonucuna ulaşılmıştır.
Aort anevrizmalarının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak hemodinamik açıdan incelenmesi
Vasküler akış koşulları kardiyovasküler hastalıklarının gelişiminde önemli bir rol oynamaktadır. Bu tezde, aort anevrizması Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ve Akışkan-Yapı Etkileşimleri (AYE) yöntemleriyle hemodinamik açıdan incelenmiştir. Aort anevrizmalarında Asendan Aort Çapı'nın (AAÇ) artması ile birlikte, oluşabilecek rüptür risklerinin tespiti amaçlanmıştır. Çalışmada bilgisayarlı tomografilerden elde edilmiş gerçek bireylere ait aort geometrileri, segmentasyon tekniği ile torasik aort için oluşturulmuştur. Normal bir aort ve bir hastanın iki farklı anevrizmalı aortu ile hastalara özgü çalışmalar yapılmıştır. Aorttaki hız profili ve sınır koşulları klinik ölçümler ile elde edilerek, rijit ve elastik damar analizleri gerçekleştirilmiştir. Kan için ise Newton tipi kan modeli ve Newton tipi olmayan beş farklı viskozite modeli kullanılmıştır. Bunlara ek olarak, nümerik sonuçlar ile yapay zeka yöntemlerinden biri olan Yapay Sinir Ağları (YSA) metodu kullanılarak rüptür riskleri üzerine Pyhton dilinde bir makine öğrenmesi modeli geliştirilmiştir. HAD sonuçları incelendiğinde, anevrizmalı aortların damar yüzeylerinde normal aorta göre sırasıyla %18.56 ve %24.7 daha yüksek basınç, kayma gerilmelerinin ise anevrizma bölgelerinde daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Viskozite bazlı analizlerde ise Newton tipi olmayan viskozite modellerinin, kayma gerilmelerinde Newton tipi kan modeline göre %32.5, %25.7, %22.4, %12.3 ve %8.7 fark yarattığı görülmüştür. Elastik damar analizleri, rijit damar analizlerine göre daha düşük kayma gerilmesi gösterirken, rüptür riskinin ise AAÇ değişimi ile üç kata kadar arttığı bulunmuştur. Makine öğrenmesi modeli ile de R2 performansının 0.986 olduğu tahminler yapılarak aorttaki rüptür riski, güvenlik faktörü ile tahmin edilmiştir. Sonuç olarak ise HAD ve AYE analizleri ile gerçekleştirilen mühendislik çalışmalarının, klinik yöntemlere destek olabileceği ve ışık tutabileceği gösterilmiştir.
Vakum uygulamalı yüksek basınçlı döküm prosesinde (HPDC) ısı transferinin deneysel ve teorik incelenmesi
Yüksek basınçlı döküm metodunda, döküm-kalıp ara yüzey ısı transfer katsayısının (IHTC) belirlenmesi parça kalitesinin iyileştirilmesi adına önemlidir. Bu değer döküm sıcaklığı, kalıp sıcaklığı, enjeksiyon basıncı, enjeksiyon hızı, kalıp pürüzlülüğü, kalıp tasarımı, alaşımın türüne bağlı olarak değişmektedir. Bu çalışmada A384 alaşımı kullanılarak yüksek basınçlı döküm sırasında ara yüzey ısı transfer katsayısı ve ısı akısı değerleri farklı enjeksiyon parametrelerine bağlı olarak hem deneysel hem de nümerik olarak belirlenmiştir. Bu doğrultuda kalıp ve döküm parçası üzerine konumlandırılan 18 adet termokupl ile zamana bağlı sıcaklık verileri deneysel olarak kayıt edilmiş ve C# ile hazırlanmış sonlu farklar metodu (FDM) kullanan program ile ara yüzey ısı transfer katsayısı ve ısı akısı hesaplanmıştır. Çalışmalar farklı enjeksiyon basıncı (80 – 160 bar), enjeksiyon hızı (1.5 – 2.5 m/s), kalıp sıcaklığı (373 – 453 – 533 K), döküm sıcaklığı (973 – 1033 K) parametrelerine bağlı olarak tekrarlanmış ve bu parametrelere ek olarak vakum uygulaması da yapılarak incelenmiştir. Bu bağlamda toplamda 48 farklı parametre kombinasyonunda deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmaların yanı sıra ANSYS Fluent programı kullanılarak yüksek basınçlı döküm prosesinin hem dolum hem de katılaşma aşamaları modellenmiştir. Böylelikle deneysel çalışmalarda kullanılan parametreler ile aynı zamanda nümerik analizi gerçekleştirilmiş ve elde edilen ısı transfer katsayısı sonuçları ile ısı akısı değerleri zamana bağlı grafikler olarak sunulmuştur. Çalışmalar neticesinde enjeksiyon basıncının, enjeksiyon ikinci faz hızının ve döküm sıcaklığının arttırılması ile hem IHTC değerinin hem de ısı akısının arttığı gözlemlenirken, kalıp sıcaklığının artması ile bu değerler düşmüştür. Ek olarak vakum uygulaması ile IHTC ve ısı akısı değerlerinin yükseldiği yapılan deneysel çalışmalar ile ortaya konmuştur.
Yeni hibrit tip bir havalı güneş kollektörünün deneysel ve numerik analizi
Güneş enerjisinden aldığı ısıyı havaya aktarmanın en basit yollarından biri olan havalı güneş kollektörü kullanımının yaygın olmamasının sebeplerinin başında kollektör ısıl veriminin düşüklüğü ve güneş ışınımına bağlı olarak ısıl enerjinin sürekli olmayışı gelmektedir. Kollektör ısıl veriminin arttırılması için daha önceki çalışmalarda kollektörlerin geometrik yapıları (kollektör yutucu plaka ve jet plaka arası mesafe, jet delikler arası mesafeler, jet deliklerin daire veya kare şeklindeki geometrileri, jet çarpmalı kollektörlerde pürüzlü yüzeyli yutucu plaka kullanımı, hava kanalının derinliği) ve hava akış şeklinin (kanal içerisinde havanın paralel, tek yönlü ve zıt yönlü akış durumları, akışın laminer ve türbülans olma durumları, jet ve farklı geometride akış yönlendiricilerin birlikte kullanıldığı farklı akış karşılama açıları) kollektör termal verimine etkisi üzerine araştırmalar yapılmıştır. Bu tez çalışmasında havalı güneş kollektörlerinde jet çarpma plakası üzerindeki farklı geometrili (daire, üçgen, kare, beşgen ve altıgen) konik nozullardan geçen jet akışın düz yüzeyli, yarım küre şeklindeki pürüzlü yüzeyli ve sinüssel yüzeyli yutucu plakaya çarptırılmasıyla kollektör ısıl verimine etkisi deneysel ve numerik olarak incelenmiştir. Kollektörlerde maksimum ısı kazanımı ve ısı transferinin arttırılması amacıyla en uygun konfigürasyonu elde etmek için, kollektör kasası içindeki farklı geometrik şekilli jet çarpma plakalarının ve farklı şekilli yutucu plakaları sökülüp yeniden takılabilir şekilde tasarlanmıştır. Deneysel ve sayısal analizlerden, yarı küresel emici plaka ve dairesel konik nozul çifti (HAP-CTN) kullanılan jet çarpmalı havalı güneş kollektörünün ısıl verimliliğinin, düz yutucu plakalı jet çarpmalı havalı güneş kollektörüne kıyasla ortalama çıkış sıcaklığı üzerinde % 12.33 bir artış sağladığı görülmüştür. HAP-CTN çifti kullanılan JIPSAC' da aynı kombinasyonlar için yapılan deneysel çalışmada kollektörün en yüksek ortalama verimi, 0.0185 kg/s kütlesel debide % 24.5 ve en yüksek ortalama kollektör çıkış sıcaklığı 47.8 oC olarak tespit edilmiştir. Yapılan deneysel ve numerik çalışmalar optimum kollektör verimi, kollektör çıkış sıcaklığı ve jet plaka üzerinde laminar akış için Sinüssel Yutucu plakanın ve daire kesitli konik jet nozulun (SAP- CTN-JIPSAC) daha uyumlu olduğu görülmüştür. Bu konfigürasyonda ortalama kollektör verimi %54, ortalama kollektör çıkış sıcaklığı 71.2 oC ve kollektörden elde edilen faydalı enerjini 625 W olduğu görülmüştür.
Havalı soğutmada geometrinin PV panel verimine etkisinin deneysel ve nümerik olarak araştırılması
Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisinin en çok kullanıldığı teknolojilerden biri fotovoltaik sistemlerdir. Fotovoltaik paneller, güneş ışınımını direkt olarak elektrik enerjisine dönüştüren elemanlardır. Fotovoltaik panellerin verimlerine etki eden çevre koşulları, yüzeye gelen güneş ışınımı ve panel çeşidi gibi birçok parametre bulunmaktadır. Panel verimini etkileyen faktörlerden biri de yüksek panel yüzey sıcaklığıdır. Yüksek panel yüzey sıcaklığı, fotovoltaik panellerin verimini düşürmektedir. Panel yüzey sıcaklığını uygun değerlerde tutabilmek için farklı aktif ve pasif soğutma yöntemleri geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, toprak hava ısı değiştiricisi (THID) kullanılarak elde edilen soğutulmuş hava ve doğrudan çevre havası kullanılarak PV panelde aktif soğutma yöntemi deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Nümerik analizde, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programı olarak, Autodesk CFD kullanılmıştır. Çalışmada PV panel arka yüzeyine yerleştirilen üç farklı geometride tasarlanan soğutucu davlumbaz (Tasarım1, Tasarım2 ve Tasarım3) kullanılmıştır. Nümerik ve deneysel çalışmalar ile elde edilen veriler sonucunda, yüzey sıcaklık ortalaması ve basınç kaybı açısından en verimli sonucu Tasarım1 olarak belirlen 6 kanatlı ve dikdörtgen prizmatik hacme sahip soğutucu davlumbaz vermiştir. THID sistemi ile yapılan soğutma çalışmalarının, çevre havası ile yapılan soğutma çalışmalarından daha etkili sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Tasarım1 ile yapılan soğutma çalışma sonucunda %18.42'lik bir verim artışı sağlanmıştır. Düşük güneş ışınım şartları altında (500 W/m2 ve aşağısı) yapılan soğutma çalışmalarının, üretilen elektrik enerjisi ve yüzey sıcaklığı açısından büyük farklılıklar oluşturmadığı sonucuna ulaşılmıştır. Gerçekleştirilen deneyler neticesinde, bifacial PV panelin beyaz bir zemin üzerinde kullanılmasının toprak zemin üzerinde kullanılmasına kıyasen daha fazla enerji ürettiği tespit edilmiştir. Bifacial PV panellerde arka yüzeyinin soğutulması yerine çift yüzlü kullanımının daha verimli olduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Had bazlı parametrik eniyileme metoduyla bir kanadın aerodinamik performansının arttırılması
Bu çalışmada, cevap yüzeyi yöntemi kullanılarak bir kanadın aerodinamik şeklinin eniyilemesi gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın amacı kanadın aerodinamik şeklini kritik hücum açısını 10º 'nin üzerinde tutarken, kaldırma katsayısını en üst düzeye çıkarmak ve sürükleme katsayısını en aza indirecek şekilde eniyilemektir. Tipik bir simetrik profile sahip olan ONERA M6 kanadı aerodinamik şekil eniyilemesi gerçekleştirilmiş, eniyileme parametreleri süpürme açısı, koniklik oranı ve kök veteri olarak seçilmiştir. Aerodinamik katsayılar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yöntemi ile elde edilmiş ve eniyileme sırasında izole kanat modeli kullanılmıştır. Bu parametrik eniyileme çalışmasında ANSYS Fluent ile çalışılmış olup Reynolds ortalamalı Navier-Stokes denklemleri çözücüsü ile türbülans çözümleri için ise SST k-ω modeli kullanılmıştır. Öncelikli olarak ağdan bağımsızlık çalışması gerçekleştirilmiş, optimum ağ sayısının belirlenmesi için 6 farklı ağ yoğunluğu ile çalışılmış ve veriler deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Gerçekleştirilen karşılaştırma sonucunda en uygun ve çalışma için uygulanabilir ağ seçilmiştir. Deney tasarımı için "Face Centered Composite (FCC)" yöntemi benimsenmiştir. Bu kapsamda 30 Tasarım Noktası oluşturulmuş ve Tasarım Noktalarının 0º'den başlayıp 20º 'ye kadar 1º arttırılarak her hücum açısı değerlendirilerek cevap yüzeyi oluşturulmakla birlikte kritik hücum açıları elde edilen eniyilenmiş tasarım elde edilmiştir. Kanat planform parametrelerinin aerodinamik katsayılar üzerindeki etkisi detaylı olarak incelenmiş ve tartışılmıştır. Çalışma sonucunda kanat planformu, 10º'nin üzerindeki kritik hücum açısı değerinde ve ayrıca sürükleme katsayısında ve kaldırma katsayısında sırasıyla %5 azalma ve %3 artış sağlayacak şekilde optimize edilmiştir.
Makine öğrenimi tabanlı kanat profili üzerindeki aerodinamik kuvvetlerin tahmini ve şekil optimizasyonu modelinin geliştirilmesi
Aerodinamik katsayıların doğru tahmini, hava aracı tasarım süreçlerinde kritik bir rol oynamaktadır. Geleneksel Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemleri yüksek doğruluk sağlamasına rağmen, yüksek hesaplama maliyetleri ve uzun simülasyon süreleri nedeniyle hızlı tasarım döngüleri için sınırlamalar oluşturmaktadır. Bu çalışmada, kanat profillerinin aerodinamik katsayılarını tahmin etmek amacıyla makine öğrenimi ve derin öğrenme tabanlı modeller geliştirilmiş ve performansları karşılaştırılmıştır. Veri seti, XFOIL yazılımı kullanılarak farklı Mach sayıları (0.3≤Mach≤0.7) ve hücum açıları (4°≤α≤14°) için elde edilen aerodinamik katsayılar ile oluşturulmuştur. Eğitim ve test veri setleri oluşturulurken, farklı kanat profillerinin genelleme başarısını değerlendirmek amacıyla veri seti, kanat profili NACA numaralarına göre ayrılmıştır. Eğitim veri setinde yer alan hiçbir kanat profili, test veri setinde yer almamakta; aynı şekilde test veri setinde bulunan profiller de eğitim sırasında kullanılmamaktadır. Bu yöntem, modelin bilinmeyen kanat profilleri için tahmin yapabilme yeteneğini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Tez kapsamında, Destek Vektör Makineleri (SVM), XGBoost, AdaBoost, Rassal Orman (Random Forest), Karar Ağacı (Decision Tree), Yapay Sinir Ağları (YSA) ve Evrişimsel Sinir Ağları (CNN) ile farklı makine öğrenimi modelleri test edilmiş; en yüksek doğruluk CNN ve YSA tarafından sağlanmıştır. Bununla birlikte XGBoost ve Rassal Orman, bazı aerodinamik katsayıların tahmininde derin öğrenme modellerine yakın performans göstermiş ve hızlı eğitim süreleri sayesinde alternatif bir yöntem olarak değerlendirilmiştir. Çalışmanın özgün katkılarından biri, en ideal kanat profili seçiminde yalnızca taşıma katsayısı/sürükleme katsayısı (CL/CD) oranına değil, aynı zamanda moment katsayısına (𝐶M) dayalı çok kriterli bir değerlendirme yaklaşımının önerilmesidir. Sunulan yöntem, aerodinamik verimlilik ve uçuş stabilitesini aynı anda değerlendiren bir optimizasyon metriği kullanmaktadır. Sonuçlar, modelin farklı Mach sayıları ve hücum açıları için eğitildiğinde, bilinmeyen kanat profillerinde başarılı tahminler yaptığını göstermektedir. Böylece, makine öğrenimi tabanlı modellerin hava aracı tasarım süreçlerinde alternatif ve hızlı bir tahmin yöntemi olarak kullanılabileceği ortaya konmuştur. Bu tez çalışması, makine öğrenimi ve derin öğrenme yaklaşımlarının aerodinamik analizlerde nasıl daha etkili kullanılabileceğini ortaya koyarak, veri odaklı tasarım süreçlerine katkı sağlamaktadır.
A solar air heater system design for air handling units and domestic hot water
In the thesis study, dimensioning optimization is performed for a solar air heater (SAH) system utilized in a representative building. This study incorporates five different methods: building energy modeling (BEM), computational fluid dynamics (CFD), design of experiment (DOE), response surface method (RSM), and multi-objective genetic algorithm (MOGA). BEM is used for three purposes: determining optimal panel area, analysis of climate-system appropriateness, and examination of SAH for summer-winter mode. In the first part, it is revealed that beyond a certain size, enlarging the SAH panel does not yield significant benefits and based on this finding, the optimal panel area is determined. In the second part of the thesis, the hourly calculations are further extended to compute the obtained energy of the SAH system for six different regions of the world, selected according to the Köppen climate zone system. It is computed that the usage of buildingintegrated SAH systems is more suitable in regions with high solar radiation and cold climates. In the third part of the thesis, the system design that allows for the utilization of the SAH system for domestic hot water and air handling unit heating is analyzed. The outcomes reveal that the system can be more effectively utilized with this design compared to conventional panels. In the final part of the thesis, a combination of CFD, DOE, RSM, and MOGA methods is employed for the dimensioning optimization of three-panel parameters: panel depth, corrugation depth, and side inlet diameter. According to the results, corrugation depth is the most influential parameter on panel efficiency, leading to an increase in efficiency compared to flat surfaces. The second effective parameter is panel depth, which results in increased air velocity and turbulence as it decreases. While the increase in velocity has a negative impact, turbulence acts as a beneficial factor for efficiency. Therefore, the optimal panel depth dimension is computed by considering these factors. Side inlet diameter has less effect and the optimum size of this parameter is determined by considering the turbulence and panel area effects. The combined parameter graphs are generated with RSM, and dimensioning optimization is conducted with MOGA.
Barajlarda dolusavak etrafındaki akış yapısının Cfd ile analizi
Barajlar, su kaynaklarının geliştirilmesi ve yenilenebilir enerji üretimi alanında inşası yapılan, ülke ekonomisine katkıda bulunan mühendislik yapılarından birisidir. Dolusavak, baraj membasına gelen suların emniyetli bir halde baraj mansabına aktarmayı sağlayan baraj elemanlarıdır. Dolusavak tasarımında performans belirleyici nitelikte daha hızlı, ekonomik ve güvenli hesaplama yöntemlerine ihtiyaç duyulduğu söylenebilir. Bu çalışmada, bir laboratuvar dolusavak modeli üzerinde yapılan deneysel çalışmaların sonuçları ile aynı geometriye sahip modelin etrafındaki akış yapısının sayısal yöntemlerle hesaplanmasından gözlemlenen sonuçların mukayesesi yapılmaktadır. Tasarım amaçlı çalışmalar, gerektiğinde, fiziksel model deneyleriyle desteklenebilmekle birlikte, bu çalışmalar zaman alıcı olduğundan proje maliyetini olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Özellikle son yıllarda bilgisayar teknolojisinin gelişimine paralel olarak hesaplamalı akışkanlar dinamiğinde kapsamlı yazılımların ortaya çıkmasıyla diğer endüstri dallarındaki gibi hidrolik dalında da sonlu farklar, sonlu elemanlar, sonlu hacimler gibi sayısal çözümleme teknikleri kullanılarak akış yapılarının analizi ile hidrolik yapılar modellenebilmektedir. Bu çalışmada, Muş Alpaslan II Barajı'nın dolusavağına ait iki boyutlu geometri AutoCAD kullanılarak modellenmiş, dolusavak modeli ile etkileşim halindeki akımı idare eden temel denklemler, sonlu hacimler yöntemine dayalı Ansys-Fluent Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılım programıyla sayısal olarak çözülmüştür. Çok fazlı akımlar için Volume of Fluid (VOF) metodu kullanılmıştır. Türbülans modelinde RANS yaklaşımı tercih edilmiştir. Sayısal modelde RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) denklemleri RNG (Renormolized Group) türbülans modeli kullanılarak, ortogonal hesap hücreleri üzerinde çözülmüştür. Dolusavak modellemesinde akımda su yüzey alanının sayısal hesaplaması yapılmış ve elde edilen sonuçlar DSİ-TAKK dairesi başkanlığınca yapılan deney sonuçları ile karşılaştırılarak birbiriyle uyumlu olduğu gözlenmiştir.
Ejektör genleştiricili otobüs klimasında ejektör boyutlarının HAD yöntemi kullanılarak belirlenmesi
Klima sistemleri, yolcu taşımacılığında yaygın bir şekilde kullanılan otobüslerin hemen hemen hepsinde mevcuttur. Klima kompresörü gücünü otobüsün motorundan almaktadır. Klimada kullanılacak ejektör sistemi ile genleşme valfinde harcanan işin bir kısmının geri kazanımı ile kompresöre giren soğutucu akışkanın giriş basıncı yükseltilerek kompresör işi azaltılabilir. Bu çalışmada, soğutucu akışkan olarak R134a kullanılan bir midibüs klimasında ejektör kullanılması durumunda sistemin performansındaki değişim incelenmiştir. Öncelikle, analitik ve sayısal yöntemler kullanılarak ejektördeki akış bir boyutlu olarak analiz edilmiştir. Buradan elde edilen sonuçlara göre ejektör boyutlandırılmış ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğine (HAD) uygun model oluşturulmuştur. HAD yardımıyla ejektördeki akışın iki boyutlu analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizlerde, ejektörlü sistemde kompresör giriş basıncının %26 oranında arttığı görülmüştür. HAD hesaplamalarında, lüle konumu, boğaz çapı, karışım bölgesi çapı, lüle uzunluğu, karışım bölgesi uzunluğu, difüzör uzunluğu, lüle ve difüzör açılarının akış oranı ve basınç yükseltme miktarlarına etkileri incelenmiştir. Buna göre NXP değerinin 0 ile 1 arasında olması, boğaz çapının 2mm olması, karışım bölgesi çapının 6mm ile 7mm arasında olması, ıraksak lüle açısının 0,6 ile 0,67, arasında olması, karışım bölgesi uzunluğunun 150mm olması, difüzör uzunluğunun 100mm ile 120mm arasında olması, difüzör açısının ise 0,65 ile 0,7 arasında olması ideal ejektör ölçüleri olduğu görülmüştür. HAD sonuçlarına göre söz konusu parametrelerde uygun değişiklikler yapmak suretiyle ejektör performansında artış sağlanabileceği görülmüştür.
Gazlı amortisörlerde orifisin iç basınç dağılımındaki etkisinin numerik incelenmesi
Gazlı amortisörler çeşitli kullanım alanlarının olmasıyla birlikte uygulama alanındaki yükü belli bir hız kontrolünde, sönümleyici bir kuvvet ile birlikte açılıp kapanma fonksiyonunu yerine getirmekte olan bir sanayi ürünüdür. Bu çalışmanın amacı; gazlı amortisörlerin kapama konumuna geçmesi sırasında, durum fonksiyonelliğini hız ve bununla bağlantılı olarak akışkanın hareketi belirlemektedir. Bu durumdan yola çıkarak gazlı amortisör kapama hareketine benzer bir yapı oluşturularak gazlı amortisör iç yapı elamanlarından orifisin, akış sırasında etkileri gözlemlenecektir. Farklı yapılarda orifis tasarımları, piston hızına bağlı olarak orifisin gazlı amortisör iç yapısına göstereceği etki, akışkan kesitinin orifis üzerindeki etkisi analizin başlıca adımlarını oluşturacak ve karşılaştırmalar yapılarak, sonuçlar hakkında değerlendirme yapılacaktır.
Elektrikli taşıtlarda batarya soğutma sisteminin iyileştirme yöntemlerinin araştırılması
Bu çalışmada, elektrikli araçlarda kullanılan Li-Ion bataryaların ve soğutma sistemlerinin genel bir incelemesi yapılarak dört/on altı hücreden oluşan bir Li-Ion batarya grubunun ısıl davranışları deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Yapılan deneysel çalışmada deşarj işlemi dikkate alınmıştır. Sayısal hesaplamalarda Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizi yapılarak deneysel veriler ile soğutma sistemi olmadan karşılaştırma yapılmıştır. Ek olarak, mevcut batarya grubuna sayısal modelde bir serpantin kanallı soğutucu blok eklenerek HAD analizi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sayısal sonuçlar deneysel veriler ile uyum içerisindedir.
Binek araç üzerindeki aerodinamik analizlerin sayısal olarak incelenmesi
Sanayileşmenin ve fosil yakıt kullanımının 20. yüzyıldan sonra çok hızlı bir şekilde artması ile iklim krizi çok ciddi boyutlara ulaşmıştır. İklim değişikliği tam olarak engellenemese bile fosil yakıtların kullanımını azaltmak, yenilenebilir ve daha çevreci enerji kaynaklarının kullanımı yaygınlaştırmak iklim krizinin ilerlemesini yavaşlatabilir. Otomobillerin, enerji kaynakları ağırlıklı olarak fosil yakıtlar ve elektriktir. Araçların yakıt tüketim değerleri yakıtların yanması sonucu çevreye yayılan zararlı gazlar, ekonomiklik, elektrikli araçların menzilleri, müşteri beklentileri vb. gibi birçok nedenden dolayı oldukça önemlidir. Araçların yakıt tüketimi araç aerodinamiği ile direkt olarak bağlantılıdır. Bu tez çalışmasında bir binek aracın aerodinamik analizi sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Aracın tasarımı üretici firma tarafından verilmiş ölçüler baz alınarak CATİA V5R21 bilgisayar destekli tasarım programı ile yapılmıştır. Aerodinamik analiz için gerekli olan geometrik düzenlemeler, ağ örme ve sayısal çözüm işlemleri için ANSYS programı kullanılmıştır. Akış alanının çözümü için düzeltilmiş (realizable) k-ε türbülans modeli tercih edilmiştir. Aracın sürüklenme katsayısı %2,2'nin altındaki hata ile 0,313 olarak bulunmuştur. ANSYS FLUENT ve CFD POST kısmında aracın etrafında gerçekleşen hava akışı ile ilgili çeşitli düzlemlerdeki hız konturleri, basınç konturleri, akım çizgileri ve hız vektörleri incelenmiştir. Aracın yakıt tüketimi ile bağlantılı olan sürüklenme katsayısı değerlerini azaltmak için çeşitli girdap üreteçleri tasarlanmıştır. Girdap üreteçler, tavanın arka kısmındaki akışın ayrılma noktasının 15 mm önüne 100 mm aralıklarla yerleştirilmiştir. Sürüklenme katsayısındaki maksimum iyileştirme 4 numaralı girdap üreticin kullanılması ile elde edilmiştir ve bu değer %2,87'dir. Kaldırma katsayısındaki maksimum iyileştirme oranı yaklaşık %3,3'tür ve bu değere 1 numaralı girdap üreteç kullanılarak ulaşılmıştır.
Dar bir kanaldayüzeye monte edilmiş ısıtılmış bloklar üzerinden olan akış ve ısı transferi üzerine geometrik faktörlerin, türbülans giriş parametrelerinin ve basınç gradyeninin etkisi
Bu çalışmada, alt yüzeye monte edilmiş dört adet blok gibi elektronik yongadan olan ısı transferi üzerine blok yerleşimlerinin, blok yüksekliğinin, kanal yüksekliğinin, giriş türbülans şiddetinin, basınç gradyeninin ve eşlenik (conjugate) durumun etkileri hesaplamalı olarak olarak araştırılmıştır. Tüm geometrik faktörler ve giriş türbülans şiddeti 3 farklı durum için incelenmiştir. Basınç gradyeni üst plaka üzerine verilen ve ilk bloktan hemen önce başlayan eğimle sağlanmıştır. -2°, 0°, 2°, 4° ve 6° eğim açıları kullanılmıştır. Eşlenik (conjugate) etki için bakalit ve FR-4 olmak üzere iki farklı malzemenin etkisi incelenmiştir. Elektronik elemanları simule eden bloklar kanalın alt yüzeyine yerleştirilmiştir ve bloklara sabit sıcaklık tanımlanmıştır. Akışkan olarak hava kullanılmakta ve hava kanala düzgün hız profilinde sabit hızla girmektedir. Hesaplamalar kanal yüksekliğine göre tanımlanmış Re sayıları (Re= 6000, 9015 ve 11993) için yapılmıştır. Bu amaçla iki ve üç boyutlu akış, sıkıştırılamaz ve türbülanslı durum göz önüne alınarak korunum ve SST k-ω türbülans model denklemleri ANSYS-Fluent yazılımı kullanılarak çözülmüştür. İncelenen tüm durumlar için hız, sıcaklık, basınç ve türbülans kinetik enerji dağılımları elde edilerek karşılaştırılmıştır. Değişen tüm durumların, ısı transferi üzerine olan etkileri de yerel ve ortalama Nusselt değerleri hesaplanarak tartışılmış, son bloktan sonraki yeniden birleşme uzunlukları çizdirilerek hesaplanmış ve ayrıca blok üstünde, kanal ortasında ve kanal üstünde basınç değerleri çizdirilerek karşılaştırma yapılmıştır.
Çarpan jetlerde üçgen jet yönlerinin farklı hedef malzemeler üzerindeki etkisinin nümerik incelemesi
Bu çalışmada, çarpan jetlerin üçgen jet deliklerinin farklı açılarda ve farklı hedef plaka malzemelerindeki ısı geçişi performansına etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Bu sayısal analizler Ansys Fluent versiyon 19.2 kullanılarak yapılmıştır ve analizlerde kullanılan türbülans modeli SST k-ω türbülans modelidir. Bu tezde ilk olarak çarpan jetlerle ilgili genel bilgiler verilmiştir. Daha sonrasında literatürde var olan çalımalar ele alınarak yapılan çalışmanın literatüre katkısı incelenmiştir Çalışmanın üçüncü bölümünde sayısal analizlerde kullanılan matematiksel hesaplamalar, analizlerde kullanılan türbülans model, ağ bağımsızlığı, analizlerin doğrulanması ve çözüm adımları verilmiştir. Tezin dördüncü bölümünde analiz bulguları, farklı Re sayılarına göre, farklı jet plaka tiplerine göre ve farklı hedef plaka malzemelerine göre belirtilmiştir. Son bölümde bu çalışmadan çıkarılan sonuçlar incelenmiştir. Üçgen jet açılarının hedef plaka üzerindeki ortalama Nu sayısı üzerinde bir değişime neden olmadığı fakat yerel Nu sayıları üzerinde hatırı sayılır miktarda bir değişime neden olduğu görülmüştür ve bakır ve alüminyum hedef plaka malzemelerinde en yüksek Nu sayıları elde edilmiştir.
Hava hızı, sıcaklığı ve neminin yoğuşma olayına etkisinin farklı soğutucu akışkanlar için deneysel ve sayısal incelenmesi
Bu tez çalışmasında, termodinamik analiz, termal kamera görüntüleme ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analiz yöntemleri kullanılarak, yoğuşturucu dış tarafından geçen havanın farklı hızları, sıcaklıkları ve bağıl nem değerlerinin, içerisinden R134a, R1234yf, R507a ve R32 gibi güncel soğutucu akışkanların geçtiği, kanatçıklı borulu bir yoğuşturucuda meydana gelen yoğuşma olayı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Yoğuşturucu yüzeyindeki sıcaklık görüntülerini elde etmek amacıyla termal kamera izleme yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca, bilgisayar ortamında üç boyutlu geometrisi oluşturulmuş yoğuşturucunun içerisindeki ve dış tarafındaki sıcaklık ve akış dağılımları sürekli rejim şartlarında HAD analizi yapılarak çözümlenmiştir. Tez çalışmasından elde edilen sonuçlara göre; termodinamik analiz ve HAD analizinden elde edilen sonuçlar arasındaki en yüksek sapma miktarının bağıl nem deneyi için %17.34 ile R134a akışkanı için soğutucu akışkan tarafı ortalama taşınım ısı transfer katsayısında olduğu tespit edilmiş, ayrıca, termal kamera izleme yönteminden elde edilen sıcaklık görüntüleri ve HAD analizinden elde edilen konturlerin de iyi bir uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Kullanılan soğutucu akışkanlar için, hava hızının ortalama olarak %85 oranında artmasıyla birlikte, ortalama olarak, yoğuşturucu kapasitesinin %10.31 ve soğutucu akışkan tarafı taşınım ısı transfer katsayısının %7.41 oranında arttığı, aynı zamanda kuruluk derecesinin ise %32.56 oranında azalarak, yoğuşma olayının giderek iyileştiği tespit edilmiştir. Hava sıcaklığının %43.75 oranında artmasıyla, yoğuşturucu kapasitesi ve soğutucu akışkan taşınım ısı transfer katsayısında ortalama olarak sırasıyla, %15.06 ve %8.23 azalma olduğu, kuruluk derecesinde ise %17.08'lik artma olduğu tespit edilerek, yoğuşma olayının olumsuz yönde etkilendiği belirlenmiştir. Ayrıca, bağıl nemin %108.33 oranında artması sonucunda, yoğuşturucu kapasitesi ve soğutucu akışkan tarafı taşınım ısı transfer katsayısında ortalama olarak sırasıyla, %11.69 ve %7.08 azalma olduğu, kuruluk derecesinde ise %21.68'lik artma olduğu tespit edilmiştir.
Hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak yüksek kapasiteli hava temizleme cihazı tasarımı
Bu çalışma kapsamında mevcutta kullanılan yüksek kapasiteli (1000 m3 /h) bir geniş alan (200 m2) hava temizleme cihazının verimini artırmak, güç tüketimini azaltmak ve ses konforunu artırmak amacıyla sayısal ve deneysel çalışmaları yapılarak performansı iyileştirilmiştir. Yapılan çalışmalar kapsamında, Tasarım süreçlerinde Solidworks 3D yazılımı, Analiz süreçlerinde Hesaplamalı Akışkan Dinamiği (HAD) programı olan Ansys Fluent ve Ansys Spaceclaim programlarından destek alınmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda, Mevcut model üzerinden gerçekleştirilen testlerde sistemin 1062 m3/h debiye sahip olduğu, yapılan HAD analizlerinde ise 1133 m3/h sahip olduğu hesaplanmıştır. Yapılan testler ile simülasyon çalışmaları arasında %6'lık fark olduğu tespit edilmiştir. Mevcut ve yeni ürünün güç ve debi testleri yapılmış olup mevcut ürünün debi değeri 1062 m3 /h, yeni ürünün demi değeri 1256 m3 /h olarak test edilmiştir. Test sonuçlarına göre %18 debi artışı sağlanmıştır. Ayrıca güç testleri sonucunda fan motoru üzerindeki direnç azaldığı için mevcut ürün 416 watt güç tüketirken yeni ürünün güç tüketimi 386 watt'a düşürülmüş olup %7.7'lik enerji tasarrufu sağlanmıştır. Ayrıca akustik testlerde mevcut ürünün ses basınç seviyesi (SPL) 62 dB olarak ölçülürken, hava akış yoku optimize edilmiş yeni tasarım hava temizleme cihazında 49 dB olarak ölçülmüştür. Yaklaşık 13 dB ses düşümüyle birlikte cihazın konut, sınıf gibi kapalı ortamlarda ses konforu yüksek olarak çalışması sağlanmıştır.
Development and validation of cavitation erosion prediction tool for computational fluid dynamics applications for ethanol blended fuels
Cavitation erosion is a phenomenon that is frequently seen in hydraulic systems such as high-pressure fuel injection and turbo machines, and sometimes reaches a level that can hinder the function of the system. Since its intensity varies depending on the properties of the fluid used and the system pressure, it can occur in different forms and intensities in different engineering applications. Within the scope of this study, a software was developed to detect cavitation erosion on the parts caused by ethanol-added fuels used in gasoline injection systems. Cavitation erosion tests are carried out with gasoline, E10, E30, E50 and E100 fuels, and the results are examined with the Shadowgraph method. The samples are measured by scanning electron microscopy (SEM) method. Software developments are based on the open-source CFD software OpenFOAM. The cavitation erosion method selected from the literature in accordance with incompressible flows was coded in C++ and implemented in the cavitation solver called "interPhaseChangeFoam". Simulations are made with fuel variations and compared with tests. While compatible results are obtained at low ethanol ratios, inconsistencies are detected between the tests and simulations at high ethanol ratios.