4.390
Arşivlenen Tez
6
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Çok katmanlı cam sistemlerinin ısıl performansının farklı parametrelere bağlı sayısal ve deneysel incelenmesi
Çağımızın en büyük sorunu enerji kaynaklarının azalması ve bu kaynaklara erişim zorluğudur. Enerji, dünya çapında ülkelerin ekonomik ve siyasal politikalarını belirleyen bir etmendir. Ülkeler geliştikçe enerjiye olan ihtiyaçları da artmaktadır. Gelişmekte olan ya da gelişmiş olan ülkelerde enerji ihtiyacında artış gözlenir. Her geçen gün artan enerji ihtiyaçlarını karşılamak ve birim başına düşen enerji maliyetini azaltmak amacıyla yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesi ve verimlerinin artırılması üzerine çalışmalara hız verilmiştir. Fosil kaynaklı enerjilerin rezervlerinin azalması, enerji maliyetlerinde yaşanan artış, yenilenebilir enerji projelerine öncelik verilmesini sağlamıştır. Ülkemizde üretilen enerjinin %35'lik kısmı binalar için kullanılırken binalarda kullandığımız enerjinin %65'i ise iklimlendirme için tüketilmektedir. Bina iklimlendirmelerinde enerji verimliliğinde uygulanacak tedbirler, enerji sarfiyatının önüne geçilmesini sağlayarak küresel olarak karbon ayak izinin, ulusal olarakta enerji ithalatının azalmasını sağlayacaktır. Bu bağlamda ısı kayıplarının araştırılması ve bu kayıpların azaltılması için yapılan çalışmalara ağırlık verilmesi doğru bir karar olacaktır. Bu çalışmada pencerelerin, bina ısıl verimliliğine olan etkisi incelenecektir. Argon, kuru hava dolgulu, farklı gaz dolgusu kalınlıklarına sahip konfor cam ve ısıcam kaplamalı, çok katmanlı pencerelerin ısı iletim katsayılarıyla ilgili sayısal analizler sunulacaktır. Ayrıca gaz dolgusundaki sıcaklık dağılımı gözlemlenerek, tasarımları ve simulasyonları için de Comsol multıphysıcs programı kullanılacaktır.
Alt soğutuculu bir ısı pompasının termodinamik analizi
Artan enerji maliyetleri ve küresel ısınma sorunlarından dolayı, ısı pompası sistemlerinde çevreye verilen tahribatın az olduğu, sistem ısıtma kapasitesinin ise yüksek olduğu alternatif çevrim ve akışkan arayışları hızla devam etmektedir. Küresel ısınma potansiyeli (GWP) yüksek olan akışkanların yerine GWP değeri daha düşük akışkanlar tercih edilmektedir. R32, GWP değeri 675, Ozonu delme potansiyelinin (ODP) ise 0 olması alternatif akışkanlar arasında sık tercih edilen akışkan konumuna yaklaştırmaktadır. Bu çalışmada; ısı pompası sistemlerinde performansın arttılması için, standart bir ısı pompası çevriminin yoğuşturucusundan çıkan yüksek sıcaklıktaki akışkanın buharlaştırıcıya düşük sıcaklıklarda girebilmesini sağlamak amacıyla, sisteme alt devre ısı pompası çevrimi yerleştirilmesi uygun görülmüştür. Alt devre buharlaştırıcılı ısı pompası çevriminde R32, R717 ve R290 akışkanları aynı şartlar altında termodinamik analizleri yapılmıştır. Hesaplamalar için Engineering Equation Solver (EES) isimli bilgisayar programı kullanılmıştır. Isı pompası çevriminde hesaplamalar üç akışkan için evaporatör ve kondenser sıcaklıklarına göre ısıtma performans katsayısı (COPıp) sonuçları incelenmiştir. R32 akışkanı kullanılan alt devre buharlaştırıcılı ısı pompası, standart ısı pompası çevrimine göre % 5-10 arasında daha yüksek ısıtma performansına sahiptir. Alt devre ısı pompası çevrimleri yüksek ısıtma performansından dolayı ısıtma sistemlerinde rahatlıkla kullanılabilecektir.
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.
PVT entegreli CO2 ile çalışan bir ısı pompası sisteminin performans analizi
Dünyada ve ülkemizde insan nüfusu sürekli olarak artış eğilimi göstermektedir. Bu artışın doğal bir sonucu olarak tüketim artmaktadır. Artan tüketimlerin başında ise enerji ihtiyacı gelmektedir. Yeryüzünde sınırlı ve her geçen gün azalmakta olan enerji kaynaklarının birçoğu ise gezegene kullanımlarıyla beraber zararlar vermektedirler. Dünya üzerinde artan ihtiyacı karşılamak amaçlı enerji kaynakları gelişen bilinç ve teknolojilerin de bir tezahürü olarak daha çevreci ve sürdürülebilir şekillerde elde edilme yönünde bir eğilim içerisindedir. Tercih edilen bu çevreci ve sürdürülebilir enerji kaynakları sayesinde ise çevre kirliliğinde azalma ve küresel ısınmada yavaşlama sağlanmaktadır. Bu çevreci kaynakların başında ise güneş enerjisi gelmektedir. Bu tez çalışmasında PVT'li ve çevreci CO2 akışkanlı hibrit bir ısı pompası ile tasarlanan bir evin ısınma ve elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanması için bir sistem tasarımı ile teorik incelemesi gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada, çalışmada tasarlanan evin ısınma enerjisi ihtiyacı belirlenmiştir. Daha sonrasında ise PVT'nin modellenmesi ile termal ve elektriksel analizleri gerçekleştirilmiştir. Son olarak da ısı pompasının termodinamik analizi gerçekleştirilmiştir. Analizlerde, çevre dostu CO2 akışkanı yanında ticari olarak bulunan farklı akışkanlar hem performans hem de elektrik tüketimi açısından karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulgular grafik ve çizelge halinda karşılaştırmalı olarak verilmiştir.
Alternatif bir ısı pompası sisteminin incelenmesi
Dünyada, özellikle Avrupa ülkelerinde, fosil yakıtların tükenmesi, ısınma problemi ortaya çıkarmıştır ve zamanla, eş çözümler arayışına girilmiştir. Isı pompaları da eş zamanlı çözümler arasında önemli bir yer almıştır. Bu sistemlerde yaygın olarak, CFC ve HCFC soğutucu akışkanları kullanılmaktadır. Bu gazlar, sera etkileri nedeniyle küresel ısınma probleminin artmasına neden olmaktadır. Bu problemin, gün geçtikçe, artmasından dolayı alternatif akışkan arayışları artmıştır. Bu arayışlar sonucunda R744 uygulamaları yaygınlaşmaya başlamıştır. Gaz fazındaki R744'in çevreye ısı transferi esnasında, yoğuşma gerçekleşmeden ısı atımı gerçekleştiren transkritik çevrimler de günümüzde önemli çalışma konularındandır. Bu çalışmada, R744 soğutkan kullanan transkritik bir ısı pompası sisteminin, Elektronik Genleşme Vanası (EGV) ve gaz soğutucu akışkan debi değişimlerinin, ısı pompası performans katsayısına (COPIP) etkisi, deneysel olarak incelenmiştir. Sistem, havadan suya ısı pompası olarak tasarlanmış ve kurulmuş olup, deneyler esnasında ısı pompasını terk eden suyun sıcaklıkları değerlendirilmiştir. Sistem parametreleri değiştirilerek, belirli periyotlarda deneysel ölçümler yapılmıştır. Elektronik genleşme vanası açıklık yüzdesi ve su debisi değerleri değiştirilerek, toplam ısı transfer miktarı ile harcanan güç değerleri kaydedilmiştir. Alınan bu değerler, Excel ortamına aktarılmış ve analizler yapılarak, 7 farklı deneyin COP sonuçları karşılaştırılmıştır.
Şebekeden bağımsız güneş enerjisi ve hidrojen enerjisine dayalı hibrit elektrik/sıcak su üretim sisteminin modellenmesi ve analizi
Bu tez çalışmasında İzmir ilinde şebekeden bağımsız bir evin elektrik ve sıcak su ihtiyacının karşılanması amaçlanmıştır. Bu amaçla öncelikle 300 m2 taban alanına sahip 5 kişilik bir ailenin yaşadığı iki katlı bir ev tasarlanmıştır. Dinamik analizlerin yürütülmesi ve sistem bileşenlerinin modellenmesi amacıyla İzmir iline ait meteorolojik veriler elde edilmiştir. Bir yıl boyunca kesintisiz olarak elektik ve sıcak su ihtiyacının karşılanması amacıyla güneş-hidrojen enerjisine dayalı hibrit bir sistem tasarlanmıştır. Tasarlanan sistem temel olarak, PV/T panel, batarya, PEM elektrolizör, hidrojen depolama tankı, PEM yakıt pili ve sıcak su depolama tankından oluşmaktadır. Tasarlanan sistemin her bir bileşeni için MATLAB ortamında 0-D matematiksel modeller oluşturulmuş, oluşturulan matematiksel modeller literatürde bulunan mevcut çalışmalar ile doğrulanmıştır. Modelleme ve doğrulama çalışmaları tamamlanan sistem elemanlarının birbirine entegrasyonu için enerji yönetim stratejisi geliştirilmiştir. Geliştirilen enerji yönetim stratejisine göre bir yıl boyunca kesintisiz olarak elektrik ve sıcak su sağlamak amacıyla sistem bileşenlerinin minimum kapasiteleri/sayıları belirlenmiştir. Yapılan dinamik analiz sonuçlarına göre 139 adet PV/T panel, 110 adet batarya, 13 adet PEM-FC ve 126 kg kapasiteli hidrojen depolama tankı (30 adet) kullanılması durumunda evin elektrik ihtiyacı bir yıl boyunca kesintisiz olarak karşılanmaktadır. Evin sıcak su ihtiyacı ise sıcak su depolama tankı ile karşılanmaktadır. Sıcak su depolama tankı ile sıcak su ihtiyacının karşılanamadığı durumlarda depolama tankı çıkışında bulunan yardımcı ısıtıcı ile sıcak su ihtiyacı karşılanmaktadır. Bu tez çalışmasında sıcak su ihtiyacını karşılamak amacıyla 132 litre hacminde sıcak su depolama tankı ve maksimum kapasitesi 4.13 kW olan yardımcı ısıtıcı kullanılmıştır.
CO2 ile çalışan güneş enerjisi destekli güç üretim sisteminin performansının incelenmesi ve optimizasyonu
Bu çalışmada CO2 ile çalışan güneş enerjisi destekli bir güç üretim sisteminin performansı incelenerek optimizasyonu yapılmıştır. Bu amaçla, ilk olarak vakum tüplü U-borulu güneş kollektörünün dinamik matematiksel modellemesi bilgisayar programı yardımıyla yapılmıştır. Matematiksel modelleme, literatürdeki deneysel bir çalışma ile karşılaştırılarak teorik ve deneysel çalışma arasında hata %6.3 olarak hesaplanmıştır. Daha sonra vakum tüplü U-borulu güneş kollektörünün Isparta şartlarında analizi yapılarak akışkan sıcaklığının 250 ºC'ye kadar yükselebildiği tespit edilmiştir. Tezin takip eden bölümünde, kollektörlerden elde edilen termal enerjinin CO2 ile çalışan bir güç üretim sistemi için kullanılması amaçlanmıştır. Bu nedenle, literatürde yer alan CO2 ile çalışan farklı transkritik Rankine ve süperkritik Brayton çevrimlerinin performansı incelenerek karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda düşük ve orta sıcaklık uygulamaları için en uygun çevrimin ara soğutmalı yeniden ısıtmalı süperkritik Brayton çevrimi olduğu belirlenmiştir. Belirlenen çevrimin kararlı durum ve dinamik şartlarda termodinamik, eksergo-ekonomik, eksergo-çevresel analizleri ile çok amaçlı optimizasyonu yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre güneş kolektörüne gelen güneş enerjisi yıllık 17 696.8 kWh, akışkana transfer edilen ısı enerjisi 4800 kWh ve kollektörün ortalama enerji verimi ise %27.12 olarak hesaplanmıştır. Elde edilen veriler ışığında, güç üretim sisteminden üretilen yıllık enerji miktarı 547.03 kWh ve sistemin yıllık enerji ve ekserji verimleri %3.09 ve %3.31 olarak tespit edilmiştir. Dinamik koşullarda, ekserji verimi ve toplam maliyete göre yapılan çok amaçlı optimizasyon sonuçlarına göre optimum kollektör sayısı 20 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, akışkanın kollektörden çıkış sıcaklığı 165 ºC, üretilen net güç 0.311 kW, çevrimin toplam sermaye maliyeti 31 529 $ ve sistemin sürdürülebilirlik indeksi 1.042 olarak bulunmuştur.
Isparta ili için güneş enerjisi santrali (fotovoltaik) çatı uygulamasından elde edilen saha verileri ile simülasyon verilerinin karşılaştırmalı olarak incelenmesi
Günümüzde fosil kaynaklardan kaçınılıp yenilenebilir enerji kaynakları vasıtası ile elektrik enerjisi üretimi oldukça artmaktadır. Öte yandan yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde güneş enerjisi santralleri (GES) ile elektrik enerjisi üretimi öne çıkmaktadır. Bu çalışmada Isparta Borsa İstanbul Mesleki ve Teknik Anadolu Lisesi çatısında yer alan 15.015 kWp gücündeki GES'in gerçek saha şartlarındaki elektrik enerjisi üretim verileri ile simülasyon verileri karşılaştırılmıştır. Yapılan simülasyonda ayrıca maliyet analizi de yapılmıştır. Simülasyonda Valentin Software firmasına ait olan PV*SOL yazılımı kullanılmıştır. Öncelikle Isparta Borsa İstanbul Mesleki ve Teknik Anadolu Lisesi GES'ten elde edilen gerçek zamanlı elektrik enerjisi üretim verileri alınmıştır. Gerçek zamanlı üretim verileri kaydedilirken Goodwe marka inverterin kendi yazılımı olan Sems portal kullanılmıştır. Daha sonra elektrik enerjisi üretiminin gerçekleştiği GES'in tam konumu PV*SOL simülasyon yazılımında da seçilmiştir. GES'te kullanılan ekipmanlar birebir aynısı olacak şekilde seçilerek bir simülasyon yapılmıştır. PV*SOL yazılımında bir yıllık elektrik enerjisi üretim verileri kaydedilmiştir. Gerçek saha koşullarında kaydedilen elektrik enerjisi üretim verileri ile PV*SOL simülasyonundan elde edilen veriler kıyaslanmıştır. Yapılan kıyaslama sonucunda PV*SOL simülasyon yazılımının %95.7 oranında elektrik enerjisi üretim verilerini tahmin ettiği görülmüştür. Yapılan maliyet analizinde ise GES yatırım maliyetini 5.6 yılda amorti ettiği görülmüştür. Daha sonraki yıllarda ise satılan veya kullanılan elektrik enerjisinden kâr sağlandığı görülmüştür. Genel bir değerlendirme yapıldığında PV*SOL simülasyon yazılımı GES kurulumu yapılmadan önce o alanda bir simülasyonun yapılabileceği ve bu simülasyonun gerçeğe yakın değerler sunacağı görülmüştür.
Farklı soğutma metotlarının fotovoltaik panellerin performansına etkilerinin teorik ve deneysel incelenmesi
Yapılan bu çalışmada fotovoltaik panellerin ısınmasından dolayı maruz kaldığı güç kayıplarının azaltılmasına yönelik pasif soğutma yöntemlerinin etkinlikleri incelenmiştir. Çalışmada öncelikle sayısal analiz çalışması yapılmıştır. Sayısal analiz çalışması sonucunda, deneysel çalışmada test edilecek pasif soğutma metotları belirlenmiştir. Deneysel çalışma temel olarak ısı borusu (PV/T-IBAL) ve kanatlı ısı emicilerden (PV/T-AK) oluşan soğutma metotlarını içermektedir. Bu soğutma metotlarıyla oluşturulan sistemler, geleneksel fotovoltaik panel ile karşılaştırılmıştır ve bu sistemlerin termodinamik analizleri yapılmıştır. Deneysel çalışma, yapılan soğutma işlemleri sonucunda PV/T-IBAL ve PV/T-AK panellerin sıcaklı değerleri sırasıyla, referans PV panel sıcaklık değerinden ortalama 8℃ ve 3℃ daha düşük değerlerde olduğunu göstermiştir. Çalışmada PV/T-IBAL ve PV/T-AK panellerde üretilen güç sırasıyla, referans PV panelden üretilen güçten ortalama %3.74 ve %2.33 daha fazla gerçekleşmiştir. Elde edilen bulgular belirli bir zaman aralığında ortalama güneş ışınım şiddetinin %2.8 azalmasına rağmen, ortalama rüzgâr hızının %15.3 artış göstermesi, PV panellerde yaklaşık %8.5 güç artışı sağladığını göstermiştir. Yapılan enerji analizi sonucunda PV/T-IBAL panelin elektriksel verimi ortalama %12.3, PV/T-AK panelin elektriksel verimi %12 ve referans PV panelin elektriksel verimi %11.7 olmuştur. Çalışmada PV/T-IBAL panelin toplam verimi ışınım ve çevre şartlarına bağlı olarak yaklaşık %13 olarak gerçekleşmiştir. Çalışmada kullanılan sistemlerin ekserji analiz değerleri ısı borularının kullanıldığı PV/T-IBAL panelin ekserji verimi %13.7, alüminyum kanatların kullanıldığı PV/T-AK panelin ekserji verimi %14.6 ve referans PV panelin ekserji verimi %14.9 olmuştur. Deneysel çalışmalarda elde edilen bulgular PV/T-IBAL, PV/T-AK ve referans PV panel yüzey sıcaklık değerleri ile sayısal analiz çalışmasından elde edilen değerler sırasıyla %4.5, %9 ve %14.5 hata oranlarıyla doğru tahmin edildiğini göstermiştir.
Sürdürülebilir veri merkezi tasarımı ve enerji analizi
Gün geçtikçe gelişen ve değişen teknolojiler, insanların veri merkezlerine olan ihtiyaçlarını arttırmıştır. Artan bu ihtiyaç doğrultusunda veri merkezi gereksinimlerine karşılık verilmelidir. Sürdürülebilir veri merkezleri için verimlilik arttırıcı tasarımların ve çalışmaların artması veri merkezlerinin geleceği için önemlidir. Veri merkezleri içerisinde barındırdıkları bilgi teknoloji cihazlarının sağlıklı bir şekilde çalışmasını sağlamalıdırlar. Olası arıza veya kesinti durumlarında bilgi teknoloji cihazları kesintiye uğramamalıdır. Sürdürülebilirlik için bilgi teknoloji cihazları, iklimlendirme sistemleri, elektrik sistemleri, otomasyon sistemleri ve güvenlik sistemleri birbiriyle koordine şekilde çalışmalıdır. Bu sürdürülebilirliğin sağlanabilmesi için veri merkezleri çok fazla enerji tüketmektedir. Bu enerji tüketiminin azaltılması önemlidir. Bu tez çalışmasında uluslararası kuruluşların belirlediği standartlara sadık kalarak sürdürülebilir veri merkezi tasarımı yapılmıştır. Tasarım aşamasında iklimlendirilecek odaların ısı kazancı hesabı yapılmıştır. Yapılan ısı kazancı hesabına göre odaların iklimlendirme ihtiyacı belirlenmiştir. Belirlenen ihtiyaçlar doğrultusunda, kesintilerden etkilenmeyecek şekilde veri merkezi tasarımı yapılmıştır ve uygun cihazlar seçilmiştir. Tasarım aşamasından sonra bu veri merkezinin enerji maliyetini düşürmek için ve karbon emisyonlarını azaltmak amacıyla güneş enerjisi sistemi entegre edilmiştir. Elde edilen veriler doğrultusunda 500 m2 veri merkezi için çatı tipi fotovoltaik uygulamanın senelik 727 bin 102 TL tasarruf sağladığı ve tesis tüketim değerinin %2.07'sine karşılık geldiği hesaplanmıştır. Arazi uygulamasının ise senelik 35 milyon 66 bin 455 TL tasarruf sağladığı hesaplanmıştır. Bu çalışmanın, veri merkezi kurulumu yapacak kişiler için yol gösterici bir çalışma olacağı değerlendirilmektedir.
Eklemeli imalat ile imal edilmiş Ti-6Al-4V malzemesinin yüzey kalitesinin iyileştirilmesinde lazer parlatma parametrelerinin etkisinin incelenmesi
Eklemeli imalat yöntemleri, günümüz geleneksel yöntemleri ile imalatı çok zor olan ya da mümkün olmayan karmaşık geometrili parçaların imalatına olanak sağlamaktadır. Fakat, eklemeli imalat ile imal edilmiş parçaların yüzey kaliteleri geleneksel yöntemlerle imal edilmiş parçalara kıyasla daha düşük olmaktadır. Bu sebeple, yüksek yüzey kalitesi istenen parçalar imalat sonrası bazı süreçlere tabi tutulmaktadır. Bu hususta lazer parlatma, yüzey kalitesini iyileştirme noktasında günümüzde en yaygın kullanılan yöntemlerden birisidir. Bu tezde eklemeli imalat ile imal edilmiş Ti-6Al-4V numuneler atmosfere açık bir ortamda lazer parlatma işlemine tabi tutularak yüzey pürüzlülük değerleri ile deney sırasında kullanılan parametreler arasındaki ilişki deney tasarımı yöntemleri ile araştırılmıştır. Başlangıç yüzey kaliteleri Ra=8.1 μm olan 120 adet Ti-6Al-4V numunesi 6 farklı lazer gücü, 5 farklı tarama hızı ve 4 farklı ışın örtüşme oranı kullanılarak işlenmiş, yüzey kalitesinde %50.37'lik bir iyileşme elde edilerek Ra=4.02 μm değerine ulaşılmıştır. Lazer parlatma işlemindeki parametrelerin sonuç üzerindeki etkilerinin incelenmesi için deney tasarımı yöntemleri kullanılarak ANOVA analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizler neticesinde sonuca en çok etki eden parametrelerin lazer gücü ve ışın örtüşme oranı olduğu görülmüştür. Son adımda regresyon tahmin denklemleri oluşturulmuştur. %90'ın üzerinde tutarlılık oranlarına sahip bu denklemler sayesinde deney dışı parametreler ile deneye gerek duymadan tahmini sonuçlar elde edilebilmektedir.
Buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde R404A alternatifi GWP değeri düşük soğutucu akışkanların kullanılmasının termodinamik analizi
Bu çalışmada, R404A alternatifi soğutucu akışkanlarının kullanıldığı buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin termodinamik analizi yapılmıştır. Buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde küresel ısınma potansiyeli (GWP) değeri düşük olan R454A, R454C, R455A, R457A ve R459B soğutucu akışkanları kullanılmıştır. Farklı evaporatör ve kondanser sıcaklıklarında, soğutucu akışkanların performans katsayısı (COP), kompresörde tüketilen enerji, kütlesel debi, ekserji yıkımı ve ekserji verimliliği incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda en yüksek COP değeri, kondenser sıcaklığı 30°C ve evaporatör sıcaklığı 15°C iken R457A soğutucu akışkanı ile çalışan sistemde 14.232 olarak bulunmuştur. En yüksek ekserji verimi ise kondenser sıcaklığı 30°C ve evaporatör sıcaklığı -5°C iken R457A soğutucu akışkanı ile çalışan sistemde 0.594 olarak bulunmuştur. En yüksek ekserji yıkımlarının ise soğutma sisteminin evaporatöründe olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, R457A'nın COP ve ekserji verimliliği açısından R404A yerine kullanılabilecek en uygun alternatif soğutucu akışkanlardan biri olduğu belirlenmiştir.
Jeotermal enerji kaynaklı organik rankine güç santralinin termodinamik analizi
Sürdürülebilir enerji türü olarak jeotermal kaynaklardan elektrik üretimi ülkemizde gittikçe yaygınlaşmaktadır. İkili (binary) jeotermal enerji santrali, jeotermal akışkan ısısından Organik Rankine Çevrimi (ORC) yardımı ile elektrik üreten sistemlerdir. Çevrimin ve çevrimi oluşturan her bir sistem elemanının enerji ve ekserji analizleri ayrıntılı bir şekilde yapılmıştır. Bu analizler için Engineering Equation Solver (EES) yazılımı kullanılmıştır. ORC sisteminde iş akışkanı olarak n-pentan kullanılmıştır. Hesaplamalar sonucunda tüm sistemin enerji verimi 6%, ekserji verimi ise 45% olarak bulunmuştur. Sistemin farklı çalışma parametrelerine göre verimlerdeki değişimler grafikler aracılığıyla ortaya konmuştur. Santralde en yüksek ekserji kaybının 6.12 MW (tüm ekserji kaybının 26%'sı) ile hava soğutmalı kondenser 2'de olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada son olarak ekserji kayıplarının azaltılması ve sistem verimliliğin iyileştirilmesi için çeşitli öneriler ve tavsiyelerde bulunulmuştur.
Sterolitografi ile üretilen kompozitlerde nano toz katkısının mekanik ve fiziksel özelliklere etkisinin araştırılması
Nanokompozitler, malzeme biliminde yeni bir alanı temsil etmekte ve malzeme geliştirmede devrim yaratan özelliklerin bir kombinasyonunu sağlamaktadır. Bu çalışma, çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT), titanyum nitrür (TiN) ve kübik bor nitrür (c-BN) nanotozlarının foto-polimer epoksi reçine ile birleştirilmesiyle nanokompozitlerin geliştirilmesine odaklanmaktadır. Bu araştırmanın arkasındaki motivasyon, bu nanokompozitlerin Stereolitografi (SLA) teknolojisini kullanan eklemeli imalattaki potansiyel uygulamalarını araştırmaktır. Deneysel yaklaşım, geliştirilen nanokompozitlerin mekanik ve termal özelliklerini değerlendirmek için bir dizi laboratuvar testini içermektedir. Başlangıçta, MWCNT, TiN ve c-BN nano tozları homojenliği sağlamak için fotopolimer epoksi reçine ile özenle karıştırılmıştır. Daha sonra, bu kompozit karışım SLA katkılı üretim sürecinde kullanılmak üzere hazırlanmıştır. SLA tekniğinin kullanımı, nanokompozitlerin üretim kabiliyetini ve kalitesini değerlendirmeye hizmet etmiştir. Çalışmanın sonuçları, geliştirilen nanokompozitlerin geliştirilmiş mekanik ve termal özellikleri teyit ederek bu alandaki önceki araştırmalarla uyumludur. Özellikle, MWCNT'nin dahil edilmesi, elektrik iletkenliğindeki artışların yanı sıra termal iletkenlikte 24,21%'lik bir artışla sonuçlanmıştır. Ek olarak, c-BN'nin dahil edilmesi önemli ölçüde mekanik özelliklerde iyileştirme sağlayarak sertlikte 20,45%'lik bir artışa yol açmıştır. Bu bulgular, nanokompozitlerin elektronik, havacılık, otomotiv, inşaat, tıbbi cihazlar ve imalat sektörleri gelişme yeteneklerini vurgulamaktadır. Bu çalışma, nanokompozitlerin modern imalat teknolojilerindeki önemli geleceğinin altını çizmektedir. MWCNT, TiN ve c-BN nano tozlarının farklı özelliklerinden yararlanılarak sentezlenen nanokompozitler gelişmiş mekanik ve termal özellikleri sergilemektedir. c-BN, saf reçineye kıyasla sertliği 88.53'ten 106.64'e yükseltirken, MWCNT termal iletkenliği 0.19'dan 0.236'ya yükseltmiştir. Bulgular sadece SLA tekniğinin nanokompozit üretimindeki etkinliğini doğrulamakla kalmamakta, aynı zamanda nanoteknolojinin malzeme bilimi ve mühendisliğine önemli katkılarını da vurgulamaktadır.
İnce cidarlı polipropilen malzemelerin plastik enjeksiyon kalıp içi etiketleme yöntemi ile üretiminin araştırılması ve enerji analizi
Günlük yaşamımızda büyük bir öneme sahip olan birçok parça, polimer malzemelerden üretilmektedir. Endüstri sektörünün kritik bir bileşeni olan kalıpçılık, plastik, metal ve çelik gibi malzemelerden istenilen şekil ve boyutlarda çeşitli parçaların imalatını mümkün kılmaktadır. Bu üretilen parçalar, elektrik, elektronik, otomotiv ve makine sanayisinde önemli bir ihtiyacı hızlı bir şekilde karşılamaktadır. Polimer malzemeler sağladığı kullanım ve işleme kolaylığı ile endüstride çok yaygın olarak kullanım özelliği taşımaktadır. Polimer malzemenin işlenmesinde kullanılan en yaygın şekil verme işlemi de plastik enjeksiyon teknolojisidir. Aklımıza gelen her alanda plastik enjeksiyon ürünleri karşımıza çıkmaktadır. Bu kadar geniş alanda karşımıza çıkan prosesin detaylıca ele alınması ve optimum verileri elde edip maksimum sonuçları alana kadar araştırılması gerekmektedir. Bu tezde plastik enjeksiyon alanının litaratürde pek de kaynağı olmayan gıda sektörü ağırlıklı olan kalıp içi etiketleme yöntemi ile üretim aşamaları ele alınmıştır. Bu çalışmanın amacı kalıp içi etiketleme yönteminin proseslerini hesaplamak, yöntemin üretim aşamalarını incelemek ve daha sonra bu proseslerde yapılabilecek olan enerji analizlerini yapmak ve yapılacak olan iyileşmeleri aktarmak olacaktır.
3 boyutlu yazıcıda karbon fiber filamentten üretilen farklı dolgu deseni ve dolgu yoğunluğuna sahip numunelerin mekanik davranışlarının incelenmesi
Bu çalışmada üç boyutlu (3B) yazıcı kullanılarak üretilen karbon fiber numunelerin mekanik özelliklerini araştırmak amacıyla çekme ve basma deneyleri yapılmıştır. Deneylerde 5 farklı dolgu yoğunluğu (%20, %40, %60, %80 ve %100) ve 4 farklı desen çeşidi (gyroid, üçgen, zik zak ve ızgara) kullanılmıştır. Latis yapıları tasarım programlarıyla oluşturmanın zor olmasından dolayı, kullanıcıya tasarım konusunda kolaylık sağlaması açısından cihaz kütüphanesinde bulunan desen tipleri kullanılmıştır. Ayrıca bu desenler, çalışmanın karbon fiber malzeme dışında diğer malzemelerle yapılmış çalışmalarla kıyaslanması için de seçilmiştir. Numune boyutları; çekme deneyi için ASTM D638, basma deneyi için ASTM D695 standardına göre belirlenmiştir. Deney numune malzemesi olarak ESUN marka EPA-CF 1.75 mm doğal karbon fiber katkılı elyaf filament kullanılmıştır. Numunelerin 3 boyutlu yazıcı ile imalinde, yazdırma parametreleri olarak, yazdırma sıcaklığı 265 ℃, imalat tablası sıcaklığı 85 ℃ ve katman yüksekliği 0.2 mm olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, 5 farklı dolgu oranında ve 4 farklı desen tipinde yapılan çalışmalarda çekme deneyi sonuçlarında dolgu oranı arttıkça; çekme gerilmesi, elastisite modülü, akma gerilmesi, rezilyans modülü ve kopma gerilmesi değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Dolgu oranı azaldıkça kopmadaki uzama ve çekmedeki uzama değerlerinde artış görülmüştür. Basma deneyi sonuçlarına göre %100 ve %80 dolgu oranlı numunelerin elastisite modülü, rezilyans modülü ve akma dayanımı değerlerinde %60, %40 ve %20 dolgu oranlı numunelere göre daha yüksek değerler ölçülmüştür. Çekme ve basma deneyleri kıyaslandığında basma akma gerilmelerinin çekme akma gerilmelerine göre daha yüksek olduğu görülmüştür.
Otomobil lastiklerinde kafes yapı tasarımları ve eklemeli imalat yaklaşımları kullanılarak darbe performansının iyileştirilmesi
Gelişen teknolojiler, engebeli yol koşullarında yüksek performans sergileyebilen hava-sız lastiklerin geliştirilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada, SEA kullanılarak üç farklı lastik tasarımının dinamik davranışları incelenmiştir. Analizler, iki ticari tasarım ve re-entrant kafes yapısına sahip özgün bir tasarım üzerinde gerçekleştirilmiştir. Çalışma, bu yapıların deformasyona karşı direnç sağlayarak çok yönlü özellikler sunduğunu ve sertlik ile mukavemet gibi parametrelerin optimize edilebileceğini ortaya koymuştur. Re-entrant yapısına sahip özgün tasarım, ticari tasarımlara kıyasla iki kat üstün meka-nik özellikler sergilemiştir. Yivli yapı ve iki aşamalı tasarımın mukavemeti artırma po-tansiyeli de keşfedilmiştir. Belirli hız ve tümsek boyutlarında gerçekleştirilen analizler, özgün tasarımın %66 daha yüksek darbe emme performansı gösterdiğini ortaya koy-muştur. Ayrıca, tasarım X referans alınarak tüm lastikler üzerinde boyut küçültme işle-mi uygulanmış ve özgün tasarımın, tasarım X'e kıyasla %24, ticari tasarım A ve B'nin sırasıyla %40 ve %42 oranında daha hafif olduğu belirlenmiştir. Ağırlık azaltma hedefi başarıyla gerçekleştirilirken, dayanım özelliklerinde farklı etkiler gözlemlenmiştir. Yapı-lan basma testi ve SEA, özgün tasarımın diğer lastik tasarımlarına kıyasla belirgin şe-kilde daha yüksek enerji depolama kapasitesi, elastik deformasyon yeteneği ve daya-nıklılık sunduğunu ortaya koymuştur. 22615.86 Nmm/kg'lik özgül enerji emilimi ile en yüksek performansı sergileyen özgün tasarım, dinamik ve statik yükler altında üstün dayanıklılık ve esneklik sağlamaktadır. Ticari tasarım B, özgün tasarıma yakın bir ener-ji emilimi sağlasa da, elastik kapasite açısından geride kalmıştır. Ticari tasarım A ve tasarım X ise sırasıyla sınırlı enerji emilimi ve düşük elastik kapasite ile mühendislik gereksinimlerini karşılamada yetersiz kalmıştır. Ayrıca, simülasyon sonuçlarının deney-sel verilerle uyumlu olması, yapılan analizlerin doğruluğunu ve tasarımın endüstriyel uygulamalarındaki geçerliliğini desteklemiştir.
Düzlemsel güneş kolektörlerinde vakum yalıtım paneli kullanımının nümerik ve deneysel olarak araştırılması
Düzlemsel güneş kolektörleri konutların çatı kısmına veya bahçede güneş alan konumlara yerleştirilen ve güneş enerjisinden faydalanarak sıcak su depolayan sistemlerdir. Depoladıkları sıcak su kullanılarak, su ısıtma masraflarından tasarruf sağlaması amaçlanmaktadır. Bu sistemlerde kolektör ana bileşen olup güneş ısısını toplayarak bu ısıyı suya aktarma görevini üstlenir. Kolektör veriminin artırılması için arka kısmı yalıtılmakta olup yalıtım için genellikle polistiren köpük, poliüretan köpük veya mineral yün (cam yünü veya taş yünü) malzemeleri kullanılmaktadır. Vakum yalıtım panelleri, sahip oldukları yalıtım kapasitesi sayesinde günümüzde ciddi bir araştırma konusudur. Panel içerisine doldurulan çekirdek malzemesinin etrafı koruyucu bir film ile kaplanır ve içerisindeki hava vakumlanarak üretilirler. Klasik yalıtım malzemelerinin ısı transfer katsayısı 30-60 mW/mK civarında iken vakum yalıtım panellerinin ise 3-6 mW/mK civarındadır. Maliyet açısından her ne kadar pahalı olsalar da sahip olduğu yüksek yalıtkanlık sayesinde kendilerine her geçen gün daha çok kullanım alanı bulabilmektedirler. Bu tez çalışmasında düzlemsel güneş kolektörlerinde yalıtım malzemesi olarak cam yünü ve vakum yalıtım paneli kullanılarak 5 farklı kolektör giriş suyu sıcaklığı ile çevre sıcaklığı farkının (ΔT) verime etkisi incelenmiştir. Bu amaçla yapay güneş simülatörü kullanılarak kontrollü bir deney düzeneğinde her iki yalıtım malzemesi için farklı sıcaklık farklarında deneyler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca deneysel çalışma nümerik analiz ortamında modellenerek elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda vakum yalıtım panelinin verimi sıcaklık farkına bağlı olarak %5.04 ile %111.12 kadar daha iyi olduğu sonucu elde edilmiştir.
Cam ısı borularında fitil kullanımının ısı borusu verimine etkisi
Bu çalışmada, güneş kolektörlerinde kullanılan büyük çaplı cam ısı borularında fitil kullanımı deneysel olarak araştırılmıştır. Isı borusu ile ilgili çalışmalar çoğunlukla küçük çaplı ve metal borulara odaklanmıştır. Çalışmada, fitilsiz ve fitilli cam ısı boruları farklı eğim açılarında ve ısı yüklerinde test edilerek fitilin ısı borusu verimine ve ısıl dirence etkisi araştırılmıştır. Çalışmada fitil kullanımı ile evaporatör yüzeyindeki sıcaklık azalmasından, kondenserden evaporatöre dönen akışkanın yüzeyi daha homojen ıslattığı anlaşılmıştır. 60° eğim açısında ısı borusunun üstü ve altı arasındaki sıcaklık farkı fitil kullanılmayan boruda 46°C iken, 50 mesh fitil kullanılan boruda bu fark 15°C'ye düşmüştür. Yüzey sıcaklığındaki azalma ile ısıl direncin de azaldığı ve verimin arttığı gözlenmiştir. Fitilsiz ısı borusunda 90° eğim açısında ısıl direnç 0.92 iken, 50 mesh fitilli ısı borusunda bu değer 0.43 olarak gerçekleşmiştir. 90° eğim açısında, ortalama verim fitilsiz ısı borusunda %55 iken fitilli ısı borusunda %75'e yükselmiştir. Fitil kullanımı her eğim açısında ısı borusunun verimini artırmış ve tüm ısı yüklerinde daha sabit bir verimle çalışması sağlanmıştır. Bu çalışma, büyük çaplı ısı borularında fitil kullanımının yerçekiminin olumsuz etkisini önemli ölçüde azalttığını, radyal sıcaklık farkını azaltarak, ısıl direnci de düşürdüğünü göstermektedir.
Bir soğutma setinin performansının görselleştirilmesi
Görseller, karmaşık verileri daha basit hale getirdiğinden insan beyninin bilgileri daha hızlı anlamasına ve daha iyi yorumlayabilmesine yardımcı olur. Bu durum öğrenmenin kalıcı hale gelmesini sağlar. Günümüze kadar görselleştirmeyle ilgili pek çok uygulama yapılmıştır. İlk zamanlar mağara ve taşlara çizilen resimlerle başlayan veri görselleştirme, günümüzde tablo, grafik, çizelge ve harita gibi görseller oluşturulmasına olanak sağlayan bilişim teknolojileri ile çok daha kolay yapılabilmektedir. Bilişim teknolojileri araçlarıyla karmaşık veri setleri üzerinde çalışmak, veri setlerini analiz etmek ve grafikler oluşturmak mümkündür. Bu tez çalışmasında, EES programından elde edilen veriler ile R134a soğutucu akışkanı (soğutkan) için doyma basıncı, doyma sıcaklığı, doymuş sıvı ve buhar entalpileri ile kızgın buhar faz durumu için sıcaklık, basınç ve entalpi değerleri elde edilmiştir. Elde edilen veriler Excel'de depolanmış, istatistiksel analiz yöntemleri kullanılarak R134a soğutkanına dair bir veri seti oluşturulmuştur. Bu veri seti kullanılarak bilgisayarda R134a için P-h diyagramı çizdirilmiştir. R134a akışkanının veri seti Python programına aktarılmış, regresyon çalışmaları yapılmış ve makine öğrenmesi yöntemiyle eğitim modeli oluşturulmuştur. Arduino altyapısıyla, DS18B20 sıcaklık sensörlerinden gelen veriler Python'a aktarılmıştır. Sıcaklık verileriyle Tkinter ara yüzünden gelen basınç değerleri, eğitilen modeldeki formül üzerine işlenmiş, entalpi değerleri hesaplanmış, P-h diyagramı üzerine ölçüm değerleri anlık olarak noktasal işaretlenmiş ve bu noktalar birleştirilmiştir. Tkinter'da, verileri bir kez çalıştırabilme, on saniyede bir güncelleyebilme, güncellenen verileri durdurabilme, ekran görüntüsü alabilme gibi fonksiyonlar oluşturulmuştur. Bu tez çalışmasından elde edilen gerçek zamanlı ölçüm ve görselleştirme yazılımı, deney setlerine entegre edilerek kullanılabilecektir. Geliştirilen yazılım sayesinde, soğutma deney setlerini kullanan öğrencilerin, görselleştirilmiş deney sonuçları ile konuları daha hızlı anlamaları ve yorumlama yeteneklerinin güçlendirilmesi hedeflenmiştir.
Polyester film üretim tesisinde toplam verimli bakım destekli proaktif mekanik bakım uygulaması
TPM (Toplam verimli bakım), bir üretim tesisinde ekipmanların ömrünü uzatmayı, arızaları önceden önlemeyi ve üretkenliği artırmayı hedefleyen bir yönetim sistemidir. TPM yönetim sisteminde OEE (Overall Equipment Effectiveness-Toplam Ekipman Etkinliği) ve MTBF (Mean Time Between Failures-Arızalar Arası Ortalama Süre) değerleri, uluslararası firmalar arasında standartlaşmış ve kabul görmüş önemli üretim ve bakım performans ölçütleridir. Bu çalışmada, bir polyester film tesisinde, L5 hattında TPM metodu ile proaktif mekanik bakım programının tasarımı ve uygulama sonuçları OEE ve MTBF performans ölçütleri açısından değerlendirilmiştir. Yüksek OEE değeri, tesisinin verimli bir şekilde çalıştığını gösterir. %60'ın üzerindeki OEE değeri iyi kabul edilirken, %85'in üzerindeki değerler ise dünya standartlarında bir performans göstergesi olarak kabul edilir. MTBF ise bir ekipmanın arızalanması ile bir sonraki arıza arasındaki ortalama süreyi ifade eder. Yüksek MTBF değeri, ekipmanın daha az arızalandığını ve daha uzun süreler boyunca sorunsuz çalıştığını gösterir. Çalışmanın amacı, bir üretim tesisinde TPM metodu ile mekanik bakım faaliyetlerini fabrika hedefleri doğrultusunda değerlendirmektir. Fabrika bakım hedefleri her sezon başında OEE ve MTBF olarak belirlenir. Çalışmanın sonucunda elde edilen OEE performans değeri, vaka çalışması ve veri analizi yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Veri kaynakları olarak işletmenin Ocak 2023 ve Mayıs 2024 ayları arasında Excel tablolar üzerine kaydettiği üretim, bakım raporları ve TPM uygulamasına ilişkin dokümanlar kullanılmıştır. Çalışmanın sonucunda fabrikanın L5 hattı için uluslararası standart değer olan %80 ve üzeri OEE performans değerine ulaşılmış olduğu görülmüştür. Çalışmada elde edilen bulgular şunlardır. OEE: %86 ortalama değeri standartlara uygundur. MTBF:14,95 gün/ay ortalama değeri ise şirket hedeflerine çok yakındır. Bu sonuçlar uygulanan TPM proaktif makine bakım programının faydalı olduğunu göstermiştir.
Egzotik malzemelerin kaynak sonrası mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Hastelloy C-276 alaşımının manuel gaz tungsten ark kaynağı (GTAW) yöntemi ile benzer olmayan malzemeler dahil kaynaklanabilirliğinin mekanik testlerle belirlenmesi amaçlanmıştır. İlgili çalışmanın tamamlanmasından sonra Hastelloy C-276 alaşımının ASTM A312/316L ve ASTM A106/A106M Gr. B ile kaynaklanabilirliği belirlenmiştir. Hastelloy C- 276 alaşımının rafineri ve petrokimya gibi zorlu sektörlerde ekonomik olacak şekilde ekstra maliyet oluşturmadan hatasız ve kaliteli bir şekilde uygulanmasını sağlamak için bu çalışma yapılmıştır. Kaynak öncesi hazırlıklar kaynak kalitesini etkilediği bilinmektedir. Bu sebep ile kaynak öncesi malzeme yüzeylerinin yağ, kir, pas ve tufalden arındırılmalıdır. C-276 alaşımının kaynağında yüzey temizliği asit ile yapılmış ve kontrolü demir testi ile yapılmıştır. Nikel alaşımlı malzemelerin kaynağında kök koruma ve destek gazı uygulanmaktadır. Bu gaz koruması içerisinde oksijen miktarını kontrol altında tutmak için oksijen analiz testleri yapılmıştır. ERNiCrMo-4 kaynak dolgu teli ve argon gazı koruması altında çeşitli kaynak parametreleri kullanılarak üç farklı kombinasyonda bu tez çalışması gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak Hastelloy C-276 alaşımın kaynaklanabilirliğini belirlemek için çekme, eğme, çentik darbe, sertlik ve mikro yapı gibi çeşitli testler uygulanmış ve Hastelloy C-276 alaşımının ASTM A312/316L ve ASTM A106/A106M Gr. B ile kaynaklanabilirliği ve sonrasındaki etkileri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Bu bağlamda, en uygun kaynak parametreleri belirlenmiştir.
Transkritik bir ısı pompasının performansının ıot sistem ile izlenmesi
Enerji tüketimi ve karbon emisyonlarının çevresel etkileri hakkındaki artan farkındalık, sürdürülebilir enerji çözümlerine olan ilgiyi önemli ölçüde artırmıştır. Bu bağlamda, transkritik ısı pompaları, enerji verimliliği ve çevresel etkilerin azaltılması hedefleri doğrultusunda ön plana çıkmaktadır. Ancak, bu cihazların performanslarının gerçek zamanlı olarak izlenmesi ve kullanıcı dostu bir şekilde sunulması büyük bir öneme sahiptir. Bu çalışmada, bir transkritik ısı pompasının performansı IoT teknolojileri kullanılarak izlenmiş ve analiz edilmiştir. Veriler, Raspberry Pi ve Arduino modüllerinden elde edilmiş; Arduino, C programlama dili ile kodlanmış ve Raspberry Pi üzerinde Lazarus ile nesne yönelimli bir yazılım geliştirilmiştir. Toplanan veriler, MySQL veritabanında depolanmış ve kullanıcıların bu verilere anlık erişimini sağlamak amacıyla iki farklı arayüz geliştirilmiştir: Lazarus ile oluşturulan yerel bir grafik arayüz ve PHP, JavaScript ve HTML gibi teknolojiler kullanılarak tasarlanan web tabanlı bir uygulama. Böylelikle, kullanıcılar hem yerel yazılım hem de herhangi bir web tarayıcısı üzerinden verilere erişebilme imkânına sahip olmuştur. Bu yöntem, enerji tasarrufunu artırmak ve cihazların daha verimli çalışmasını sağlamak amacıyla performans verilerinin doğru bir şekilde analiz edilmesini mümkün kılmaktadır. Çalışmanın sonuçlarının, enerji yönetimi ve performans izleme alanında literatüre ve uygulamalara değerli katkılar sunması beklenmektedir.
Alüminyum-bronz alaşımlarının talaşlı işlenebilirliğinin incelenmesi
Alüminyum bronz alaşımları, yüksek dayanım ve aşınma direnci gibi üstün mekanik özellikleri sayesinde endüstride geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Özellikle havacılık, uzay ve savunma sanayii gibi ileri teknoloji gerektiren sektörlerde bu alaşımlar sıklıkla tercih edilmektedir. Bu çalışma kapsamında, yüksek performanslı sıvama alüminyum bronzu olan Cupral 8 (CuAl14Fe4Mn2Co) malzemesinin tornalama işlemleri sırasında gösterdiği kesme kuvvetleri, takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü gibi işlenebilirlik özellikleri incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda, 2 farklı uç tipi kullanılmıştır. Bu uçlar Tip 1 ve Tip 2 olarak isimlendirilmiştir. Tip 1 WNMG 431-TF kodlu standart karbürlü finiş kesici uçları, Tip 2 ise aynı koda sahip kriyojenik ısıl işlem görmüş kesici uçları ifade etmektedir. Kesme parametreleri olarak 5 farklı kesme hızı (280, 320, 400, 500 ve 625 m/dk), 3 farklı ilerleme hızı (0.2, 0.25 ve 0.3 mm/dev) ve sabit kesme derinliği (2 mm) değerleri kullanılmıştır. İş parçası üzerinden 2 paso talaş kaldırma işlemi uygulanarak toplamda 30 adet deney yapılmıştır. İşlenebilirlik sonuçlarında, en iyi takım aşınma değeri Tip 2 uçta, 400 m/dk kesme hızında ve 0.25 mm/dev ilerleme hızında 84.19 μm olarak elde edilmiştir. En kötü aşınma değeri ise Tip1 uçta 625 m/dk kesme hızında ve 0.3 mm/dev ilerleme hızında 360.45 μm değerinde bulunmuştur. En iyi yüzey pürüzlülük değeri 0.59 μm ile 400 m/dk kesme hızında ve 0.2 mm/dev ilerleme hızında Tip 2 uçta görülürken, en kötü yüzey pürüzlülük değeri ise 3.28 μm ile 400 m/dk kesme hızında ve 0.3 mm/dev ilerleme hızında Tip 1 uçlarda elde edilmiştir. En düşük kesme kuvveti 625.56 N ile 400 m/dk kesme hızında ve 0.2 mm/dev ilerleme hızında Tip 2 uçlarda görülürken, en yüksek kesme hızları ise 925.74 N ile 625 m/dk kesme hızında ve 0.3 mm/dev ilerleme hızında Tip 1 uçlarda elde edilmiştir. Deney sonuçlarına göre, her iki uç tipi için, en iyi yüzey pürüzlülük değerleri ve en iyi kesme kuvveti değerleri, 400 m/dk kesme hızları ve 0.2 mm/dev ilerleme hızları kullanılarak yapılan deneylerden elde edilmiştir. Genel olarak ilerleme hızları arttıkça yüzey pürüzlülük, takım aşınması ve kesme kuvvetleri değerlerinde de artışlar görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Alüminyum bronz, CNC tornalama, Kriyojenik ısıl işlem, Yüzey pürüzlülük, Takım aşınması, Kesme kuvveti
R404A ve R410A'ya alternatif yeni nesil soğutucu akışkanların kullanıldığı buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinde enerji, ekserji ve çevresel performans analizi
Teknolojik gelişmeler ve artan enerji talepleri doğrultusunda, soğutma sistemleri geniş bir kullanım alanına sahip olup, endüstriyel uygulamalardan iklimlendirme sistemlerine kadar birçok sektörde kullanılmaktadır. Ancak bu sistemlerde kullanılan soğutucu akışkanlar, zamanla çevresel etkiler ve verimlilik açısından önemli sorunlara yol açmıştır. Özellikle geleneksel soğutucu akışkanların yüksek küresel ısınma potansiyeli (GWP) ve ozon tabakasına verdikleri zararlar, sürdürülebilir soğutma çözümlerine duyulan ihtiyacı arttırmıştır. Son yıllarda, bu olumsuz etkilerin azaltılmasına yönelik yasal düzenlemeler ve teknolojik yenilikler, daha çevre dostu ve enerji verimli soğutucu akışkanların geliştirilmesini teşvik etmiştir. Bu bağlamda, yeni nesil soğutucu akışkanların kullanımı, enerji verimliliği ve çevresel etki açısından önemli katkılar sağlamaktadır. Bu çalışmada, gelecekte kullanımının kısıtlanması planlanan R404A akışkanına alternatif olarak R454C, R452A, R449A ve R410A akışkanına alternatif olarak R454B, R452B ve R463A soğutucu akışkanlarının buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir. Çalışmada, her bir akışkan için 40°C kondenser sıcaklığında -25/+5°C evaporatör sıcaklıkları arasında enerji, ekserji ve çevresel etki (LCCP) analizleri gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Elde edilen analiz sonuçlarına göre, R404A akışkanına kıyasla yüksek enerji ve ekserji verimliliği ile benzer yüksek LCCP değerlerine sahip olan R454C ve R449A akışkanları, en iyi performans gösteren alternatifler arasında yer almaktadır. Ayrıca, iklimlendirme sistemlerinde yaygın olarak kullanılan R410A akışkanına göre ise R454B ve R452B akışkanları, benzer şekilde yüksek LCCP değerlerine sahip olup, birbirine yakın sonuçlar bulunmuştur.
Hava soğutmalı PVT paneller ile kereste kurutma prosesinin ısparta ili şartlarında incelenmesi
Bu tez çalışmasında, Isparta ili iklim koşullarında hava soğutmalı fotovoltaik/termal (PVT) sistemlerin kereste kurutma prosesinde kullanılabilirliği enerji verimliliği ve uygulanabilirlik açısından araştırılmıştır. Çalışma, Isparta Sanayi Sitesi'nde faaliyet gösteren bir kereste fabrikasının çatısında kurulmuş olan 200 adet 455 W gücündeki fotovoltaik paneller esas alınarak yürütülmüştür. Gerçek saha verilerine göre sistemin yıllık elektrik üretimi 141 757 kWh olarak belirlenmiştir. Teorik analizlerde, sistemin PVT yapısına dönüştürülmesi durumunda elektrik üretiminin PV sistemine kıyasla yıllık ortalama %4, yaz aylarında ise %5'e kadar artış göstereceği hesaplanmıştır. PVT sistemden elde edilen ısıl enerji, panel arkasında dolaşan hava akışkanının soğutma etkisiyle geri kazanılmakta ve kurutma havasının ön ısıtılmasında kullanılabilecek düzeye ulaşmaktadır. Ancak elde edilen ısı miktarı, kereste kurutma fırınının tam yükteki enerji gereksinimini karşılayacak kapasitede değildir. Bu nedenle sistemin, doğrudan ana ısı kaynağı olarak değil; hibrit yapı içerisinde destekleyici bir enerji bileşeni olarak değerlendirilebileceği belirlenmiştir. Böyle bir kullanımın, fosil yakıt tüketimini azaltarak kurutma maliyetlerini düşürdüğü tespit edilmiştir. Yapılan analizler, PVT tabanlı sistemlerin Isparta koşullarında PV sistemlerine göre daha yüksek elektrik üretimi sunduğunu ve kereste kurutma proseslerinde yenilenebilir, destekleyici bir enerji kaynağı olarak uygulanabilir olduğunu ortaya koymuştur.
Artırılmış gerçeklik teknolojisi ile soğutma sisteminin modellenmesi ve mesleki eğitimde kullanılması
Bu araştırmanın amacı, soğutma sisteminin Blender yazılımı ile üç boyutlu olarak modellenmesi ve geliştirilen artırılmış gerçeklik (AG) uygulamasının mesleki eğitimde öğrenme çıktıları üzerindeki etkisini incelemektir. Çalışma, ön-test–son-test kontrol gruplu yarı deneysel desenle yürütülmüş olup, deney grubundaki öğrenciler AG destekli içerikle, kontrol grubu ise geleneksel yöntemle eğitim almıştır. AG uygulaması kapsamında kompresör, kondenser ve evaporatör gibi sistem bileşenleri Blender'da modellenmiş; Unity ortamına aktarılmış ve Vuforia aracılığıyla mobil cihazlarda markerless AG olarak sunulmuştur. Bu teknik entegrasyon, öğrencilerin sistemi gerçek zamanlı olarak incelemesine, montaj–demontaj adımlarını etkileşimli biçimde takip etmesine ve soyut termodinamik süreçleri somutlaştırarak öğrenmesine imkân sağlamıştır. Nicel bulgular, AG destekli eğitimin akademik başarı üzerinde güçlü bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Deney grubunun başarı puanı 42.0'den 80.0'e yükselirken, kontrol grubunda bu artış 27.0'den 37.0'ye sınırlı kalmıştır (t(18)=6.61, p<0.001; Cohen's d=2.96). Yetkinlik ölçeğinin tüm alt boyutlarında da deney grubu lehine büyük etki büyüklükleri elde edilmiştir. Nitel bulgular, AG'nin öğrenmeyi kolaylaştırdığı, motivasyonu artırdığı ve montaj adımlarının izlenmesini desteklediğini göstermiştir. Sonuç olarak, AG destekli öğretimin soğutma sistemleri konusunun öğretiminde geleneksel yönteme kıyasla anlamlı ve yüksek düzeyde öğrenme kazanımı sağladığı belirlenmiştir. AG'nin soyut kavramları somutlaştırma, bilişsel yükü azaltma ve psikomotor becerileri geliştirme açısından mesleki eğitimde etkili bir araç olduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Yonga levha melamin presleme süreçlerinin mekanik ve enerji verimliliği açısından iyileştirilmesi ve değerlendirilmesi
Bu tez çalışması, bir yonga levha melamin kaplama (MKYL) üretim hattında (ORMA A.Ş. KT-4) mekanik ve enerji verimliliğini artırmayı amaçlamaktadır. Çalışma, yüksek işletme maliyetlerine, plansız duruşlara ve kalite kayıplarına neden olan üç kritik alt sisteme odaklanmıştır: Vakumlu taşıma sistemi, Pres besleme arabasının güç aktarım mekanizması ve Kalite kontrol istasyonu aydınlatma sistemi. Yöntem olarak, her sistem için mevcut durum analizi, mühendislik hesaplamaları ve alternatif sistem tasarımı uygulanmıştır. Sürekli çalışarak enerji israfına yol açan mevcut vakum pompası, "isteğe bağlı vakum" (on-demand) sağlayan ve bakım gerektirmeyen beş adet vakum ejektörü ile değiştirilmiştir. Pres arabasında, sık arızalanan (yıllık 785 dk. duruş) ve senkronizasyon sorunu yaşayan (20B-2) zincirli tahrik sistemi, mühendislik hesaplamalarıyla seçilen (Ft = 21 262 N) yüksek torklu (LL HTD 14M) senkron kayış sistemiyle modernize edilmiştir. Yetersiz (düşük Lux) ve heterojen (274-885 lx) kalite kontrol aydınlatması (Metal Halide 840W), standartları (4000K CCT, ≥90 CRI) sağlayan homojen bir LED sistemiyle (14x50W=700W) optimize edilmiştir. İyileştirmeler sonucunda somut ve ölçülebilir kazanımlar elde edilmiştir. Vakum sisteminde yıllık 813.06 € (%43.9) enerji ve bakım tasarrufu sağlanmış, yatırım kendini 11.8 ayda amorti etmiştir. Pres arabasında, yıllık 2 500 € malzeme maliyeti ve 785 dakikalık plansız duruş tamamen ortadan kaldırılmıştır, 11 390 €'luk yatırımın geri dönüşü (sadece malzeme bazlı) 4.56 yıl olarak hesaplanmıştır. Aydınlatma revizyonu, Toplam Sahip Olma Maliyetini (TCO) düşürmüş, enerji maliyetini (640.2 €'dan 533.5 €'ya) azaltmış ve kalite kontrol prosesini standart hale getirerek kalitesizlik maliyetlerini önlemiştir.
Atık alüminyum matrisli ve nano partikül takviyeli kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Sanayi ve teknolojinin istenilen özellikte malzeme ihtiyaçlarını karşılamak için fiziksel ve mekanik özellikler bakımından iyileştirilmiş olan en az biri matris diğeri takviye elemanı olmak şartıyla birden fazla malzemenin en iyi özelliklerini bir araya getirilerek üretilen malzeme, kompozit malzeme olarak tanımlanabilir. Genellikle daha düşük mekanik özelliklere sahip referans matris malzemesi içerisine farklı yöntemlerle takviye malzemesi eklenerek daha yüksek mekanik özelliklere sahip malzeme üretmek istenmiştir. Matris malzemesi olarak farklı sınıflara ait malzemeler mevcut olup mühendislik ihtiyaçlarını karşılaması açısından metal matrisli kompozitler önemli bir yere sahiptir. Metal matrisli kompozitlerde matris malzemesi olarak seçilen metaller yumuşak, hafif, ergime sıcaklığı düşük ve dayanımı az olan metallerdir. Bu alanda genel olarak alüminyum hafif ve şekillendirilebilirliği iyi olan bir malzeme olduğu için daha çok tercih edilmektedir. Alüminyumun mekanik özelliklerini arttırmak için genel olarak literatür incelendiğinde seramik nanopartiküllerin takviye edilmesiyle daha iyi özelliklere sahip kompozit malzeme elde edilebilmektedir. Bu çalışmada matris malzemesi olarak atık içecek kutuları geri dönüştürülerek kompozit malzeme üretimi için matris malzemesi üretilmiştir. Atık alüminyumdan elde edilen referans matris malzemesine ağırlıkça %0.5 ve %1 oranlarında 38nm boyutunda TiO2, ayrıca ağırlıkça %0.5, %1 ve %1.5 oranlarında 78 nm boyutunda Al2O3 nanopartikülleri karıştırmalı döküm yöntemi ile takviye edilerek metal matrisli nano kompozit üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen metal matrisli nano kompozit malzemeye çekme dayanımı, 3 nokta eğilme dayanımı, aşınma oranı, yüzey pürüzlülüğü sonuçları, vickers sertlik değeri, yoğunluk, gözeneklilik oranı ve mikroyapı deneyleri yapılarak değişimleri irdelenmiştir. Yapılan deneyler sonucu ağırlıkça Al2O3 partikül takviyesi sonucu en iyi değerler %1.5 oranında çekme dayanımı 143,5 N/mm2, 3 nokta eğilme dayanımı 336,2 N/mm2, sertlik değeri 245.51 Hv, aşınma oranı 0,0000023 mm3/ Nm ve kütle kaybının %1,60 olduğu, yoğunluk 2,699gr/cm3 ve yüzey pürüzlülüğü en az %0,5 Al2O3 katkılı kompozitte 0,3614 µm olduğu tespit edilmiştir. Matris malzemesine ağırlıkça TiO2 takviye edilmesiyle yapılan deneyler sonucu en iyi değerler %1 oranında çekme dayanımı 143,98 N/mm2, 3 nokta eğilme dayanımı 323,04 N/mm2, sertlik değeri 263.95 Hv, aşınma oranı 0,0000028 mm3/ Nm ve kütle kaybının %1,933 olduğu, yoğunluk 2,711 gr/cm3 ve yüzey pürüzlülüğü en az 0,3527 µm olduğu tespit edilmiştir. Takviye partikülü olarak Al2O3 ve TiO2 katkılı malzemenin mikro yapı incelemesine bakıldığında artan takviye miktarına göre matris malzemesi içinde partiküllerin homojen bir şekilde dağıldığı ve porozitenin azaldığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak atık alüminyum matris malzemesine nano boyutta Al2O3 ve TiO2 ilave edilmesinin mekanik özelliklere katkı sağladığı tespit edilmiştir.
Şanlıurfa atık su arıtma tesisinde üretilen biyogazın belirlenmesi ve kojenerasyon sisteminde enerji verimliliğinin araştırılması
Dünyadaki insan sayısında artış ile beraber aşırı tüketim meydana gelmektedir. Bu nedenle hem çevrede hem de endüstriyel atıkların artışıyla beraber bunların geri dönüşümüne çok büyük ihtiyaç duyulmaktadır. 2014 yılında Akçamescit Köyü Mevkiinde, Şanlıurfa Büyükşehir Belediyesi Su ve Kanal İdaresi (ŞUSKİ) Genel Müdürlüğü Merkez Atıksu Arıtma Tesisi (MAAT) bünyesinde, iki adet biyogaz motorlu olan kojenerasyonlu ünitesi kurulmuştur. Bu ünitenin elektrik üretiminde ve su ısıtmasında kullanımının enerji verimlilik analizi yapılmıştır. Resmi Gazetede yayınlan değerlere uygun olarak, Karakoyun Deresine akıtılan ve 113 169 m3/gün debideki atık suyun, yapılan Laboratuvar ölçümleri neticesinde BOİ5 4.85 mg/l ve KOİ 33.45 mg/l ile AKM 5 mg/l, pH 7.13 ve sıcaklık değerinin 12.89 oC olduğu tespit edilmiştir. MWM marka TCG 2016 model V tipi 16 Silindirli biyogaz motoru 1500 rpm devrinde sabit çalıştırılıp, özellikle NOx değerlerinin 500 mg/Nm3 düşük olması sağlanmıştır. 800 kW gücündeki motorun elektrik verimliliği % 41.6, Isıl verimliliği % 46.3, ve Özgül yakıt tüketimi 180 g/kWh olarak ölçülmüştür. Emisyon değerleri ise CO 13,167 ppm, CO2 % 6.214, ve fazla hava oranı () 1.68 ve EGS 405.334 oC ölçülmüştür. 2020 yılı itibariyle ortalama üç yıllık atıksu giriş debisi: 45 742 799 m3 ve Biyogaz ise 1 619 330 m3 olarak ölçülmüştür. Atıksu debisinin artmasıyla biyogazın arttığı azalmasıyla ile de azaldığı görülmektedir. Üretilen ortalama biyogaz miktarına bağlı olarak üretilen elektrik enerjisi ortalaması 3 928 567.00 kW'tır. Şebekeden çekilen ortalama elektrik enerjisi miktarı ise 2 285 969 kW'tır. 2022 yılı içerisinde en yüksek biyogaz üretimi mart ayında yapılmış ortalama Metan gazı içeriği %45.3 ve alt ısıl değeri 6 388.278 kcal/m3 olarak ölçülmüştür. Yapılan Ömür Boyu maliyet analizinde Kojenerasyon ünitesinin 12 yıl sonunda kendisini amorti edeceği ve işletme süresinin 50 yıl olarak olduğu baz alındığında 5 720 733.74 $ kar elde edeceği hem Birikimli Yatırım getirisi hem de Ömür Boyu Maliyet Analizi hesaplamaları sonuçları birbirini teyit etmektedir. ŞUSKİ Merkez Atıksu Arıtma Tesisinin hem atıksu arıtma ünitelerinin ve hem de kojenerasyon ünitesinin Termodinamik I. ve II. Kanun analizleri EES paket programı vasıtasıyla simüle edilmiştir. Atıksu Arıtma Tesisinde verim yaklaşık olarak %90 ile %99 arasında değişirken; kojenerasyon sisteminde ise verim %50-%99 arasında her bir komponenet için ayrı ayrı verimlilik göstermektedir.
Binaya entegreli fotovoltaik uygulamaların tasarımına etki eden parametrelerin deneysel analizi
Günümüzde atmosfere salınımı yapılan toplam CO2 emisyonunun neredeyse %40'ının binalar tarafından tüketilen enerji yüzünden olduğu düşünüldüğünde küresel ısınmaya karşı binalar üzerinden alınabilecek tedbirlerin önemi açıktır. Bu yüzden neredeyse sıfır enerjili binalar (NSEB) kavramı ön plana çıkmaktadır. Binaların kendi enerjilerini üretebilmeleri için Bina Entegreli Fotovoltaik Termal (BIPV/T) sistemleri kullanılmaktadır. Fakat binaların BIPV/T sistemleri için gerekli olan cephe ve çatı alanları kısıtlıdır. Bu yüzden çalışmada Türkiye Şanlıurfa meteoroloji koşullarında BIPV/T sistemlerinin verimlerinin arttırılmasına yönelik olarak deneyler yapılmıştır. Bu tezde çalışmanın getirdiği yenilik olarak güney cephesine yerleştirilen aynı üretim potansiyeline sahip bifacial (çift yüzeyli) ve monofacial (tek yüzeyli) paneller farklı hava akımı hızları ve farklı hava boşluğu mesafeleri ile kış dönemi ve yaz döneminde denenmiştir. Ayrıca, yaz döneminde iç ortamın klimalı olduğu binalarda BIPV/T sisteminin uygulanması düşünülerek, aynı konfigürasyonlar iç ortamın soğutulmuş olduğu şekilde yapılmıştır. Çalışmanın getirdiği yeniliklerden bir diğeri, bifacial panelin arkasındaki duvar yüzeyine reflektif yüzey yerleştirilerek, bifacial panelin elektriksel enerji veriminin arttırılmasıdır. Bu durum PVsyst analizi ile ispatlanmıştır. Ayrıca, çatı ve doğu cephelerine BIPV sistemi olarak aynı potansiyele sahip monofacial paneller yerleştirilerek üç cephenin yıl boyunca karşılaştırılması sonucunda, Şanlıurfa şartlarında yıllık en iyi elektrik enerjisi üretiminin çatıda olduğu bulunmuştur. Güney cephesindeki her iki panel de yüksek hava akımında, en kısa hava boşluğu mesafesinde maksimum ısıl enerji verimi sağlamıştır. Ayrıca Şanlıurfa'da yaz dönemi şartlarında BIPV/T sistemleri kullanılarak iç ortam sıcaklığı 50 °C'ye çıkarılarak gıda kurutması için kabin tipi kurutucuların uygun olduğu görülmüştür. Kış dönemi şartlarında ise ortam ısıtması için binanın ısıl yüküne ciddi anlamda destek olabileceği ve iç ortam sıcaklığını, dış ortam sıcaklığına göre 12 °C ile 15 °C arasında yükselttiği bulunmuştur. Bulunan panel ve iç ortam sıcaklık sonuçları Comsol HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) analizi ile doğrulanmıştır. Bifacial panelin duvar ile panel arasındaki hava boşluğu mesafesi arttıkça elektriksel enerji veriminin arttığı bulunmuştur. Kışın yapılan deneylerde elektriksel güç üretim fazlalığında en az %8.33, en fazla %12.73 oranında bifacial panelin monofacial panele göre tüm konfigürasyonlarda üstünlüğü bulunmuştur. Yaz döneminde yapılan deneyde, bifacial panelin aynı şartlar altında monofacial panele göre %18.19'a varan fazla elektriksel güç ürettiği bulunmuştur. Yaz döneminde iç ortamın klima ile soğutulması sonucunda panellerin sıcaklığının azaltılmasıyla daha yüksek elektriksel güç üretimi sağlanmıştır. Bunun yanında cam-cam yapılı bifacial panelin elektriksel verim açısından sıcaklığa daha dayanıklı olduğu görülmüştür. Her iki sezonda da, panellerin en hızlı hava akımında ve duvar ile panel arasındaki hava mesafesi en uzakken, elektriksel performanslarının en iyi olduğu bulunmuştur. Bifacial panel kullanılan BIPV/T sisteminde, ısıtma sezonunda en kısa hava boşluğu mesafesinde, diğer mevsimlerde ise en uzun hava boşluğu mesafesinde kullanılması, yıl boyunca bina için en yüksek enerji verimini sağlayabilir.
Su atomizasyon yöntemi ile metal tozu üretimi için yeni bir santrifuj atomizasyon sistemi tasarımı ve imalatı
Bu çalışmada, imalat sanayinde yaygın olarak kullanılan metal tozlarının daha ekonomik nasıl üretilebileceği su atamizasyon yöntemi ile araştırılmıştır. Su atomizasyon yönteminde kullanılan pompa fanı, ısıl fırın ve demir potanın üretilecek metal tozunun karakteristik özelliği üzerindeki etkileri ilgili literatürden yararlanılarak belirlenmiştir. Su atomizasyon yöntemi ile metal tozu üreten ve bir pompa fanı, bir ısıl fırın ve bir demir potadan oluşan bir deney düzeneğinin tasarımı ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneğinde pompa fanının dönüş hızı, sıvı metal çıkış hızı ve sıvı metal sıcaklığı istenilen değerlerde hesaplanabilmektedir. Ayrıca metal tozu özelliklerini etkileyen faktörler incelenmiştir. Su atomizasyon yönteminde kullanılan pompa fanı, metal tozları üzerindeki etkilerini incelemek için farklı şekil ve boyutlarda test edilmiştir. Isıl fırın için yüksek sıcaklığa dayanıklı kanallı ateş tuğlası, ısı kaybını en düşük seviyede tutmak için ise düşük sıcaklığa ve ısıya dayanıklı gazbeton malzeme kullanılmıştır. Isıl fırını ısıtmak için yüksek erime sıcaklığına sahip bir nikel-krom elektrik direnç teli kullanılmıştır. Dairesel kanallı ateş tuğlalarının kanallarına uygun çap, uzunluk ve sarım sayısı için geliştirilen formüller kullanılarak söz konusu elektrik direnci elde edilmiştir. Pota, yüksek ısı direnci ve ısı iletim katsayısı nedeniyle demir malzemeden imal edilmiştir. Isıl fırının tasarımında sıcaklığın önemli bir rolü vardır. Sıcaklık ölçümlerinde termokupl kullanılmıştır. Isı transferi ve sınır koşullarında kullanılan denklemler, potanın sıcaklık dağılımı için kullanılır. Çalışmada üretilen pota ve fırınların benzer imalat teknolojilerine göre daha ekonomik ve daha kolay imal edilmesi çalışmanın öne çıkan yönüdür. Kurşun ve diğer düşük erime noktasına sahip metaller üzerinde çok sayıda deney yapılmıştır. Üretilen tozlar elek analizlerinden geçirilerek ortalama toz boyutları ve toz dağılımları belirlenmiştir. Tozlar metalografik yöntemlerle optik mikroskop altında incelenmiştir. Test sonuçları ile üretilen metal tozlarının TM alanında kullanımının uygun olduğu tespit edilmiştir. Küre şeklindeki çok küçük tozların, suya çarpmadan havada katılaştığı görülmüştür. Büyük tozların ise su etkisiyle katılaştıklarından karmaşık geometrik şekiller oluşturdukları tespit edilmiştir. Çok kanallı disk kullanımının toz üretim miktarında önemli bir parametre olmadığını göstermektedir.
Yaşlandırma işlemine tabi tutulan kompozit plakaların balistik hasarının sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi ve incelenmesi
Balistik uygulamalarda yaygın olarak kullanılan elyaf takviyeli kompozit malzemeler çeşitli yaşlandırma prosesleri nedeniyle zaman içerisinde bozunmaktadır. Yaşlandırma nedeniyle bozunan kompozit malzemenin mekanik özelliklerinin tespiti, uygulamada kullanım için önem arz etmektedir. Literatürde çeşitli yaşlandırma işlemine maruz bırakılan kompozit malzemelerin deneysel, teorik veya sonlu elemanlar yöntemiyle incelendiği görülmüştür. Ancak yapay deniz suyu ortamında yaşlandırılan kompozit malzemenin, sonlu elemanlar yöntemiyle kademeli hasar incelemesi ile ilgili yapılan çalışmaya rastlanmamıştır. Bu sebeple bu çalışmada, yapay deniz suyu ortamında yaşlandırılan S2 cam/epoksi kompozit malzemenin Ls dyna ve Mat 162 malzeme modeli kullanılarak kademeli hasar incelemesi yapılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında S2 cam/epoksi kompozit plakalar üretilmiş ve üretilen plakalar standartlara uygun kesilerek test numuneleri elde edilmiştir. Kesilen numuneler, yaşlandırılmayanlar için bir grup ve yaşlandırma işlemine tabi tutulanlar için ise 3 grup (4, 8 ve 12 ay) olmak üzere dört gruba ayrılmıştır. Elde edilen numuneler yapay deniz suyu ortamında yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur. Tüm numunelere uygulanan testler ile malzemenin mekanik özellikleri tespit edilmiştir. Ayrıca mekanik testlerden ve literatürden (İlk grup için literatürden ve diğer gruplar için ise bir önceki grubun verileri baz alınarak) elde edilen veriler kullanılarak Mat 162 malzeme modeli parametrelerinin taslak hali elde edilmiştir. Elde edilen Mat 162 malzeme modeli parametreleri ile testlerin sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Analiz ve test sonuçları karşılaştırılarak hem yaşlandırılan hem de yaşlandırılmayan gruplar için Mat 162 malzeme modeli parametreleri elde edilmiştir. Malzemede yaşlandırma işleminin etkisiyle "am ve yoğunluk" parametreleri hariç diğer Mat 162 malzeme modeli verilerinde düşüş tespit edilmiştir. Tüm gruplar için elde edilen Mat 162 malzeme modeli parametreleri ile balistik uygulamaya ait sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre yaşlandırma süresi arttıkça balistik dayanımın azaldığı belirlenmiştir. Ayrıca grupların yaşlandırma işleminden etkilenen Mat 162 malzeme modeli parametreleri için yaşlandırma süresine bağlı eğri denklemleri elde edilmiştir. Bu denklemler kullanılarak Mat 162 malzeme modeli veri tespitlerinin, 12 aydan fazla süren yaşlandırma işlemi için de yapılabilmesi sağlanmıştır.
Çevresel şartların nanopartikül takviyeli kompozitlerin mekanik özelliklerine ve burkulma davranışına etkisi
Bu çalışmada, Al2O3 ve TiO2 nanopartikül katkılarının, e-cam elyaf (dokuma kumaş-woven) takviyeli kompozitlerin mekanik özelliklerine ve burkulma davranışına etkileri, farklı çevresel şartlarda deneysel olarak incelenmiştir. Ayrıca nanopartikül katkılı kompozitlerin ısı iletim katsayıları tespit edilmiş; kütle ve yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiş ve nanopartikül katkısız kompozit ile karşılaştırılmıştır. Bu amaçla öncelikle biri, nanopartikül katkısız e-cam takviyeli saf kompozit plaka; diğeri %2 Al2O3 nanopartikül katkılı e-cam elyaf takviyeli kompozit plaka ve üçüncüsü ise %2 TiO2 nanopartikül katkılı e-cam elyaf takviyeli kompozit plaka olmak üzere üç farklı kompozit plaka, vakum destekli reçine infüzyon yöntemi ile üretilmiştir. Üretilen plakaların standartlara göre CNC frezede işlenebilmesi için, deney numuneleri CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programında tasarlanmış, CAM (Bilgisayar Destekli Üretim) programında kesim parametreleri, takım yolları belirlenmiş ve CNC kodları oluşturulmuştur. Daha sonra bu kompozit plakalar, laboratuvar şartlarında hazırlanan deniz suyunda ve oda ortamında 120, 240 ve 360 günlük periyotlarda bekletilerek yaşlandırılmış; donma/çözülme çevresel şartı için ise laboratuvar ortamında hazırlanan donma/çözülme kabininde 9, 18 ve 27 defa çevrime tabi tutulmuştur. Plakadan kesilen numunelere, hem çevresel şartlara maruz bırakılmadan önce; hem de her periyot ve çevrimden sonra, çekme, basma, eğilme, darbe ve burkulma deneyleri uygulanmıştır. Deney sonuçları istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Burkulma deney sonuçları, sonlu elemanlar yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca bu zaman dilimlerinde ısı iletim katsayısı ölçümleri de gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular neticesinde %2 Al2O3 ve %2 TiO2 nanopartikül katkılarının, kompozitlerin mekanik özelliklerinde ve burkulmadaki kritik yüklerinde iyileşme yaptığı tespit edilmiştir. Kompozitlerin yaşlandırılmamış hallerinde yapılan tüm deney sonuçlarına göre en fazla iyileşme sağlayan kompozit türü %2 Al2O3 nanopartikül katkılı kompozit olmuştur. Yaşlandırma sonucu yapılan tüm deneylerde Al2O3 ve TiO2 nanopartikül katkılı nanokompozitlerin, saf olarak üretilen kompozit plakaya göre çevresel şartlara daha dayanıklı oldukları görülmüştür. Deniz suyuna bırakılan numunelerde yapılan kütle analizi sonucunda, nanopartikül katkılı kompozitlerin saf kompozite göre daha az su emilimini sağladığı tespit edilmiştir. Tüm deneylerde en fazla korumanın, TiO2 nanopartikül katkılı nanokompozitlerde olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca %2'lik nanopartikül katkısıyla, kompozitlerin ısı iletim katsayılarının arttığı saptanmıştır.
Bor nitrür (BN) katkılı zirkonya (ZrO2) seramiklerin tribolojik davranışı
Bu çalışmada, %3 mol Y2O3 ile stabilize edilmiş zirkonya (3Y-ZrO2) seramiklerin sinterlenebilirliği, mikroyapısı, mekanik ve tribolojik özelliklerine farklı oranlarda hekzagonal bor nitrür (BN) ilavesinin etkisi taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışınları kırınımı (XRD), mikro vickers sertlik testi, ball- on-disk tipi aşınma cihazı ve profilmetre kullanılarak incelenmiştir. 1250°C'de 2 saatlik sinterleme sonrasında, %0.25 BN katkısıyla 3Y-ZrO2 örneklerinin yoğunluğu 5.16 g/cm³'ten 5.52 g/cm³'e yükselmiş ve sinterlenebilirliklerinde bir iyileşme gözlemlenmiştir. BN katkısıyla ve katkı miktarının artışıyla 3Y-ZrO2'nin tane boyutunda artış meydana gelmiş; %1 BN katkısıyla ortalama tane boyutu 0,12 µm'den 0,42 µm'ye yükselmiştir. %0.25 BN katkısıyla 3Y-ZrO2 örneklerinin sertliği 714 Hv'den 978 Hv'ye yükselirken, bu orandan sonra sertlikte bir azalma olmuştur. BN katkılı 3Y-ZrO2 örneklerinin aşınma testleri, ticari olarak temin edilen WC seramik bilye kullanılarak kuru kayma şartlarında 5 ve 10 N yük altında oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. BN ilavesi ve katkı miktarının artmasıyla 3Y-ZrO2'nin sürtünme katsayısı ve aşınma hacmi önemli ölçüde azalmıştır. Katkısız 3Y- ZrO2'nin 10 N yükte ortalama sürtünme katsayısı ve aşınma hacmi sırasıyla 0,2 ve 1,6 mm³ iken, %1 BN katkılı 3Y-ZrO2'de ise sırasıyla 0,1 ve 0,32 mm³ değerine düşmüştür. Bu azalma, BN'nin kendinden katı yağlayıcı özelliğinden kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak, BN ilavesi, 3Y-ZrO2'nin aşınma direncinde belirgin bir artış sağlamıştır. Bu sonuçlar, düşük miktarda BN ilaveli 3Y-ZrO2 seramiklerin özellikle dental implantlar ve diğer biyomedikal uygulamalarda potansiyel bir malzeme olarak kullanılabileceğini göstermektedir.
Şebekeden bağımsız sistemlerde farklı fotovoltaik panel ve akülerin persformans analizleri
Günümüzde yükselen enerji maliyetleri ve çevresel kaygılardan dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarına dayanan sistemlere artan bir ilgi vardır. Gelişen sanayide farklı alanlarda kullanım potansiyelinin olması güneş enerjisini oldukça avantajlı bir kaynak olarak karşımıza çıkarmaktadır. Güneş enerjisinin en yaygın kullanımı olan fotovoltaik sistemler ile ilgili teknoloji ve uygulamalar her geçen gün biraz daha artmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında;monokristal, polikristal ve ince film fotovoltaik panelleri ile AGM ve jel akülerin performansları deneysel olarak incelenmiştir. Oluşturulan deney seti şebekeden bağımsız olarak tasarlanan bir sistem olup; akım, gerilim, sıcaklık, üretilen güç ve gelen güneş ışınımı değerleri ölçülerek PV panellerin performansları birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca akülerin şarj ve deşarj performanslarını incelemek için farklı bir deney düzeneği kurulmuştur.Deney düzenekleri Şanlıurfa ili Harran Üniversitesi Osmanbey Kampüsü Makina Mühendisliği Bölümüne ait teras katında (Enlem: 37o 10.088', Boylam: 38o 59.749' , Rakım:511) kurulmuştur. 12 aylık deneysel çalışmada, panellerden en yüksek güç çıktısı almak için panel yüzeyleri düzenli olarak temizlenmiş, paneller gölge gelmeyecek şekilde ve Şanlıurfa ili için en uygun aylık eğim açılarında konumlandırılmıştır. Çalışma sonucunda PV panel performansına sıcaklığın etki ettiği ve dış ortam sıcaklığından en fazla etkilenen ve performansı en yüksek panel türünün polikristal olduğu tespit edilmiştir. İnce film ve monokristal fotovoltaik panellerin dış ortam sıcaklığından en az etkilendiği ve panel yüzey sıcaklıklarının çok yükselmediği belirlenmiştir.Ölçüm sonuçlarına göre yıllık ortalama panel verimi, ince film panel için %6.36, Polikristal panel için %10.57 ve monokristal panel için %9.51 hesaplanmıştır. Aküler için yapılan deneysel çalışma sonucunda ise AGM akülerin daha kısa şarj süresine, jel akülerin ise uzun deşarj süresine sahip olduğu saptanmıştır. Ayrıca şarj ve deşarj sırasında ortam sıcaklığından en fazla etkilenen akünün jel akü olduğu belirlenmiştir.
Harran Üniversitesi güneş enerjisi santralinin performans analizi
Bu çalışma, Harran Üniversitesi'ne ait 5.31 MW kapasiteli güneş enerjisi santralinin (GES) 2021-2023 yılları arasındaki performansını, çevresel faktörlerin etkilerini dikkate alarak değerlendirmektedir. Analizler, Uluslararası Enerji Ajansı'nın IEC 61724 standardına uygun olarak gerçekleştirilmiş olup, güneş ışınımı, sıcaklık ve rüzgâr hızı gibi faktörlerin santral verimliliği üzerindeki etkileri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Elde edilen bulgulara göre, santralin yıllık ortalama Performans Oranı (PR) %88.41 olup, bu değer santralin genel performansının yüksek olduğunu göstermektedir. Özellikle yaz aylarında artan sıcaklıkların fotovoltaik (PV) panellerin verimliliğini olumsuz etkilediği, buna karşılık kış aylarında düşük ışınım değerlerine rağmen verimliliğin arttığı gözlemlenmiştir. Çalışmanın bulguları, güneş enerjisi santrallerinin verimli bir şekilde işletilebilmesi için düzenli bakım ve temizlik stratejilerinin önemini vurgulamaktadır. Özellikle PV panellerin yüzey temizliği, enerji üretim verimliliğinin korunmasında kritik bir rol oynamaktadır. Çalışma, yenilenebilir enerji kullanımını teşvik etmek ve enerji sektörü ile akademik literatüre önemli katkılar sağlamak amacıyla bilimsel bir kaynak sunmaktadır.
Asansörlerde havalandırma menfezlerinin yerinin KOVİD-19 ve benzeri virüs içeren partiküllerin yayılımına etkisinin deneysel ve nümerik incelenmesi
KOVİD-19 pandemi sürecinde, kayıtlara geçtiği günden bu yana yaklaşık 530 milyon vaka sayısı ve 6.3 milyon insanın hayatını kaybetmesi gerek sağlık gerekse psikolojik açıdan insanlar üzerinde çok büyük olumsuz etkileri olmuştur. Bu etkiler yanında ekonomik açıdan birçok sanayi ve fabrika kısıtlamalar nedeniyle kapandığı için ekonomik düzen kötüye gitmiştir. Özellikle çocuk ve ergen bireylerde obezite ve ruh sağlığını olumsuz etkilediğine yönelik saptamalar diğer önemli olumsuzluklardır. Bu olumsuzluklar dikkate alınarak son yıllarda yürütülen birçok çalışmada; özellikle kapalı alanlarda KOVİD-19 benzeri virüslerin, çoğunlukla yüzeylere temas ile değil hava yolu ile daha hızlı bir şekilde yayıldığı tespit edilmiştir. Bundan dolayı KOVİD-19 benzeri bulaşıcılığının ne tür uygulamalarla azaltılabileceği, havalandırma sistemlerinin nasıl optimize edilerek dizayn edileceği ve virüsün solunum damlacıkları ile bulaşma mekanizmaları incelenmesi hem günümüzdeki hem de gelecekteki pandemilerin etkilerini azaltmak açısından kritik bir öneme sahiptir. Günümüzde araştırmacılar, virüsün özellikle kapalı alanlarda hava yolu yayılmasını önlemeye yönelik pasif yöntemler geliştirme üzerine yoğunlaşmıştır. Asansörler, kişilerin arasındaki mesafeyi kontrol edemediği ve enfekte veya enfekte olmayan her yaşta kişinin kullanma olasılığı olduğundan, KOVİD-19 benzeri virüslerin bulaşma riski en yüksek alanlardır. Buna yönelik olarak yürütülecek çalışmalarda, yani virüs yayılımı açısından optimal havalandırma stratejilerini belirlemedeki en büyük zorluk direkt, virüsle çalışmanın mümkün olmamasıdır. Bu zorluğu aşmanın günümüzde en pratik yöntemi; deneysel veriler ile süreçleri doğrulanmış CFD simülasyonlardır. Bu tez çalışmasında referans alınan bir hastane asansöründe enfekte kişinin üç konumunun her biri için beş senaryoda toplamda, 15 durum için virüs içeren partiküllerin asansör içerisinde yayılımı CFD simülasyonları ile araştırılmıştır. İlk etapta referans alınan hastane asansörünün ¼ ölçeğinde geometrik ve dinamik benzerlik çerçevesinde prototipi imal edilmiştir. Prototipler üzerinde; (i) hava çıkış menfezlerinin tavanda olduğu mevcut durum (I-Senaryo), (ii) hava çıkış menfezinin arka yüzeyde (x/w=0, y/L=1, z/h=0.153) olduğu (II- Senaryo), (iii) hava çıkış menfezlerinin yan yüzeylerin arka tarafında (x/w=±0.5, y/L=0.866, z/h=0.11) olduğu (III-Senaryo), (iv) hava çıkış menfezlerinin yan yüzeylerin orta tarafında (x/w=±0.5 y/L=0.5, z/h=0.11) olduğu (IV-Senaryo) ve (v) hava çıkış menfezlerinin yan yüzeylerin ön tarafında (x/w=±0.5, y/L=0.134, z/h=0.11) olduğu (V-Senaryo) şeklindeki beş farklı senaryo için hava çıkış menfezlerinde ve dokuz dikey eksende akış hız ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonraki aşamada ölçümler ile aynı sınır koşullarında simülasyonlar yürütülerek CFD simülasyon süreçleri, ölçümler ile doğrulanmıştır. Son aşmada ise yukarıda sözü edilen 15 durum için simülasyonlar yürütülmüştür. Tüm simülasyon süreçlerinde açık kodlu ücretsiz yazılımlar (FreeCAD, Salome, OpenFOAM v.b.), kullanılmıştır. Yürütülen çalışmalarda, tüm senaryolarda akış alanını kaplayan iki simetrik vorteks sistemi gözlemlenmiştir. Günümüzdeki asansörlerde yaygın uygulanan havalandırma sistemlerinin (I-Senaryo) virüs içeren partiküllerin tüm asansör boyunca yayılmasına neden olduğu gözlemlenmiştir. Bu olumsuzluğun, hava çıkış menfezlerinin yerlerinin değiştirilmesi şeklindeki bir pasif akış yöntemiyle, giderilebileceği tespit edilmiştir. Tez kapsamında yürütülen çalışmalarda enfekte kişinin y/L=0.88 ve 0.5 konumları için virüsün yayılımı açısından en iyi hava çıkış menfezi konumunun x/w=±0.5, y/L=0.866, z/h=0.11 noktalarında (III-Senaryo) yan yüzeyler üzerinde iki simetrik menfez olduğu saptanmıştır.
Bir ses altı roketin uçuş simülasyonuna aerodinamik karakteristiklerinin etkisinin nümerik araştırılması
Son yıllarda sivil ve askeri alanlarda roket tasarımlarının kullanımı giderek artmıştır. Bu alandaki çalışmalar, uçuş performansını artırmak ve kontrol edilebilirliği geliştirmek amacıyla daha etkin tasarım yöntemlerine odaklanmıştır. Roket tasarımlarında uçuş süresi, kritik bir parametre olarak öne çıkmaktadır. Bu parametre ise büyük ölçüde aracın aerodinamik performansına bağlıdır. Aerodinamik performansı belirleyen en önemli unsurlar ise burun konisi ve kanatçık tasarımlarıdır. Bu bileşenlerin uygun şekilde tasarlanması, roketin stabilitesini ve manevra kabiliyetini doğrudan etkilemektedir. Ayrıca, roketin uçuş performansı üzerinde hız ve atak açısının etkisi oldukça büyüktür. Artan hız ve atak açısı, aerodinamik parametrelerde önemli değişimlere neden olmakta, bu da roketin kontrol edilebilirliğini zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada, model roket tasarımına yönelik iki aşamalı bir yöntem benimsenmiştir. İlk aşamada, OpenRocket yazılımı kullanılarak bir roket modeli oluşturulmuş ve Barrowman yöntemi temel alınarak aerodinamik performans analizi yapılmıştır. Bu analiz kapsamında, belirli bir hız ve atak açısı için roketin kaldırma katsayısı (Cl ), moment katsayısı (Cm) ve sürükleme katsayısı (Cd ) değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen veriler doğrultusunda, modelin üç boyutlu tasarımı CAD ortamında gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada ise açık kaynak kodlu bir sürekli ortamlar mekaniği simülasyon programı olan OpenFOAM kullanılarak roketin aerodinamk performansı hesaplanmıştır. Simülasyonlar 200, 250 ve 303 m/s akış hızlarında, 0° ve 10° atak açılarında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, OpenRocket yazılımında yapılan simülasyonlarda 254 m/s hız ve 0° atak açısı dikkate alınarak aerodinamik parametreler incelenmiş, elde edilen sonuçlar OpenFOAM verileri ile karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçları, hızın ve atak açısının artışıyla birlikte roketin aerodinamik parametrelerinde önemli değişimler yaşandığını ortaya koymuştur. Özellikle hızın artması, sürükleme kuvvetinde önemli bir artışa neden olmuş ve bu durum, roketin kontrol edilebilirliğini zorlaştırmıştır. Benzer şekilde, atak açısındaki artış, kaldırma ve moment katsayılarında dengesizliklere yol açarak uçuş stabilitesini olumsuz yönde etkilemiştir. Çalışmanın sonunda, farklı hız ve atak açılarına uygun tasarımların geliştirilmesi gerektiği ve bu tasarımların üretim aşamasına geçmeden önce kapsamlı sayısal testlerden geçirilmesinin önem taşıdığı gözlemlenmiştir. Bu araştırma, model roket tasarımı alanında sistematik bir yaklaşım sunarak, aerodinamik performansın artırılmasına yönelik tasarım süreçlerine katkı sağlamayı amaçlamaktadır.
Bulaşık makinesi yıkama performansına etki eden mekanik parametrelerin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Günümüzde teknolojinin ilerlemesiyle beraber insan hayatını kolaylaştıran makineler üzerinde yapılan çalışmalar da artmıştır. İnsanların en çok zaman geçirdiği mekân olan evlerde kullanılan ev aletleri de bu değişimden pozitif olarak etkilenmekte ve insan hayatını kolaylaştıracak yönde yapılan araştırma ve geliştirme faaliyetleri sektördeki şirketlerin AR-GE merkezlerinde yürütülmektedir. Yapılan çalışmalar beyaz eşya üreticileri arasında rekabet oluşturmakta ve firmalar daha performanslı, daha az enerji tüketen, daha sessiz ve daha verimli makineler üretmek adına yoğun bir çaba göstermektedir. Sektörde yer alan firmalar birbirleri ile rekabet ederken fark yaratan makineler tasarlamak ve müşteri algısını geliştirmek için yoğun bir çalışma içerisindedirler. Üretim adetlerinin çok yüksek sayılarda olması bu makinelere talebin çok fazla olduğunu göstermektedir. Firmaların satış rakamlarını artırabilmesi ancak müşterinin konforunu artıran ve fark yaratan tasarımlarla mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada yıkayıcı ev aletlerinden biri olan bulaşık makinelerinin, yıkama etkinliğini artırma amacına yönelik tasarlanan pervane mekanizmasının detaylı bir şekilde incelenmesi ve prototipinin oluşturularak yapılan deneysel çalışmalar ile performans iyileştirmesi ele alınmıştır. Bulaşık makinelerinin yıkama performansı dört etkene bağlıdır. Bunlar kimyasal etki, mekanik etki, sıcaklık ve zaman olarak sıralanabilir. Bu çalışmada bulaşık makinesindeki yıkama performansını etkileyen mekanik etki faktörünün artırılmasına yönelinmiştir. Mekanik etki yıkama performansında diğer etkenlere göre daha az bir paya sahip olsa da insanlar kimyasal yolla temizleme işlemini sağlıklı bulmamakta ve alternatif çözüm yolları aramaktadır. Ayrıca müşteriler uzun süren yıkama işlemleri sonucunda da memnuniyeti yüksek bir kullanıcı deneyimi yaşayamamaktadır. Bu nedenlerle mekanik etkinin arttırılarak temizleme performansının arttırılması üzerine olan bu çalışmanın doğrulaması, mekanik etkinin ne olduğu ve nasıl arttırıldığı üzerinden yapılabilir. Tasarım aşamasında bulaşık makinesinde mevcut durumda kullanılan pervane sistemi incelenmiş ve geliştirmeye açık yönler belirlenmiştir. Bunun yanı sıra sektörde rekabet halinde bulunan firmaların yıkama sistemleri incelenerek çok yönlü bir araştırma yapılmıştır. Bu aşamada literatürde yer alan makalelerden de faydalanılarak bulaşık makinelerinin temizleme performansının değerlendirme ölçütlerinin nasıl yapıldığı araştırılmıştır. Tasarım kriterleri oluşturulurken mevcut bulaşık makinesinde bulunan geometrik kısıtların korunmasına dikkat edilmiş olup, mevcut sistemde en az değişiklik yapılarak bir tasarım yapılmasına önem verilmiştir. Bu durum tasarlanan sistemin maliyetini düşürerek firmaya daha kolay devreye alınabilecek bir proje sunacaktır. Tasarım kriterlerinin oluşturulmasının ardından taslak çizimler oluşturulmuştur. Taslak çizimlerin ardından yapılan hesaplamalar ve boyutlandırmalar ile CAD ortamında tasarım oluşturulmuştur. Ön şekillendirme aşamasında oluşturulan tasarımın aşamadığı geometrik kısıtlar tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra yapılan müşteri araştırmalarında bulaşık makinesi içerisinde gözle görülen bir noktada dişli mekanizması bulunması müşteriler tarafından istenmeyen bir durumdur. Ön şekillendirme aşamasında gözlemlenen bu problemleri aşabilmek adına yeni çözümler üzerinde çalışılmıştır. Bu noktada dişlilerin pervane içerisine taşınması düşünülerek yola çıkılmış ve tasarlanacak sistemde öncelikli olarak buna yoğunlaşılmıştır. Tasarımın dişlilerin pervane içerisine taşınarak son aşamaya gelmesi için, pervane boyutları ve dişli boyutları tekrardan hesaplanmıştır. Pervanelerin ve dişlilerin yataklanması ön şekillendirme aşamasına göre farklılaşmıştır. Ön şekillendirmede aşılamayan geometrik kısıtları aşmak adına ana pervane kademeli hale getirilmiştir. Yapılan tasarımın doğrulanması aşamasında literatürde yer alan makalelerden faydalanılarak bir mekanik etki faktörü belirlenmiştir. Mekanik etki faktörü matematiksel olarak ifade edilmiş ve mevcut bulaşık makinesindeki mekanik etki faktörü ile yeni tasarım bulunduğu makinenin mekanik etki faktörü karşılaştırılarak tasarım doğrulanmıştır. Tasarımın doğrulanmasının ardından prototip imalatı gerçekleşmiştir. Prototip imalatında hızlı prototipleme teknolojilerinden olan 3 boyutlu yazıcılardan ve CNC tezgahlardan faydalanılmıştır. Bu üretim yöntemleri sayesinde çok kısa bir sürede çalışır prototip elde edilmiştir. Çalışır prototip makineye montajı yapılarak deneysel çalışmalara tabi tutulmuştur. Bu deneysel çalışmalar EN 50242 Bulaşık Makineleri Yıkama Performansının Ölçülmesi standardına göre yapılmıştır. Yıkama performansı ölçülen yeni tasarımda yıkama etkinliğinin arttığı gözlenmiş ve deneysel sonuç ile mekanik etki faktörü hesabından elde edilen matematiksel sonucun örtüştüğü görülmüştür. Tasarım ile elde edilmek istenen yıkama etkinliğinin artırılması yapılan testler ve oluşturulan matematik model ile doğrulanmış ve daha performanslı bir pervane sistemi ortaya çıkmıştır.
Santrifüj kuvvet altında tekstil içerisindeki su hareketinin incelenmesi
Bu çalışmada, pamuklu tekstil katmanlarından oluşan gözenekli ortamdan, santrifüj kuvvet altında suyun uzaklaştırılması deneysel olarak incelenmiştir. Gözenekli ortamda bulunan su ve katı fazın davranışı ile ilgili parametreler ayrıntılı olarak ortaya konulmuştur. Gözenekli yapı içinde kalan su miktarının hesaplanmasına yönelik matematik model geliştirilmiştir. Santrifüj kuvvet altında tekstilde kalan su miktarını azaltmaya yönelik literatürde farklı çalışmalar bulunmaktadır. Devir, kuru katı faz ile su miktarı (yük miktarı) ve yüzey gerilimine bağlı deneysel çalışmalar mevcuttur. Ancak zamana bağlı sistematik bir çözüm yöntemine rastlanmamaktadır. Literatürde, sadece deneysel çalışmaların yapıldığı koşullarda geçerli yarı ampirik ifadeler sunulmaktadır. Diğer taraftan, çamaşır makinesinde sıkma sonunda tekstil üzerinde kalan su miktarını azaltmaya yönelik, D06F 35 patent sınıfı altındaki başvurularda ise genel olarak suyun ısıtılması, buhar kullanımı ve algoritma optimizasyonu gibi yöntemler ile karşılaşılmaktadır. Tez çalışması kapsamında literatürden farklı olarak kılcallık ve değişken gözeneklilik etkilerini de içine alan, santrifüj kuvvet altında gözenekli ortam akış modeli oluşturulmuştur. Pamuklu tekstil katmanlarından oluşturulan çeşitli gözenekli yapılarda su akışı ve katı fazın şekil değiştirmesi ile ilgili parametrelerin belirlenmesi için deney düzenekleri hazırlanmıştır. EN60456:2011 standardında tanımlanan pamuklu yapıdaki çarşaflar üst üste dizilerek gözenekli ortam oluşturulmuştur. Pamuklu dokumada kullanılan iplik ve çarşaf katmanı mikroskop altında incelenerek iplik çapı ve katman kalınlığı belirlenmiştir. Santrifüj kuvvet altında gözenekli yapı ezildiğinden toplam kalınlık azalmakta ve gözeneklilik de değişmektedir. Bu durumu simüle etmek için farklı sayıdaki katmanlardan oluşturulan gözenekli yapının basınç altında kalınlık ve gözeneklilik değişimi ölçülmüştür. Ölçüm değerlerinin analizi edilerek uygun boyutsuz sayılar belirlenmiş ve regresyon analizi ile gözenekliliğin basınçla değişimini veren ilişki elde edilmiştir. Santrifüj kuvvet altında gözenekli katmanın sıkılmasının deneysel olarak incelenmesi amacıyla çamaşır makinesi benzeri bir deney düzeneği hazırlanmıştır. Çarşaf katmanları farklı boyutlarda ve adetlerde kesilerek tambur çeperine monte edilebilecek şekilde deney setleri (yük) oluşturulmuştur. Bu yükler kullanılarak homojen yapıda bir gözenekli ortamdan su uzaklaştırma deneyleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalar sırasında yük miktarı, devir ve sıcaklık gibi parametrelerin su uzaklaştırma hızı ve gözenekli yapıda kalan su miktarına etkileri incelenmiştir. Deneyler sonunda elde edilen ham veriler literatürde tanımlı olan sıkma indeksi ve doyma sayısına dönüştürülerek analiz edilmiş ve literatür ile karşılaştırılmıştır. Deney sonunda elde edilen sıkma indeksi değerlerinin devir arttıkça azaldığı, yük miktarı azaldıkça arttığı görülmüştür. Sıkma indeksinin zamana bağlı olarak değişimine göre ivmelenme sırasında gözenekli ortamdan çıkan su miktarı artmakta ve sıkma indeksinde büyük bir düşüş meydana gelmektedir. Tambur hedeflenen devire ulaştığında, sıkma indeksinin düşme hızı azalmakta ve deneyin sonuna doğru asimptota oturmaktadır. Presle yapılan deneyden elde edilen gözeneklilik-basınç değişimi ilişkisinden doyma sayısının elde edilebilmesinde yararlanılmıştır. Tambur devir sayısına bağlı olarak gözenekli yapıda kalan su miktarının (indirgenemez doyum) azaldığı belirlenmiştir. İvmelenme safhası sonuna doğru, doyma sayısının birden küçük bir değere indiği görülmüştür. Gözenekli yapı boşluklarında bulunan su miktarını gösteren doyma sayısının birden küçük olması yapıdaki boşluklara bir miktar havanın dolduğunu göstermektedir. Hedeflenen tambur devir hızına ulaşıldığında ise doyma sayısı birden küçük bir değere asimptotik olarak yaklaşmıştır. Dönen eksen takımında gözenekli katı ve sıvı faz için ayrı ayrı süreklilik ve momentumun korunum denklemleri yazılmıştır. Katı faz için momentum denklemi integral formda çözümlenerek şekil değiştirme ile gerilme arasındaki ilişki belirlenmiş ve deneysel sonuçlar yardımıyla gerilme-şekil değiştirme denklemi elde edilmiştir. Bu denklem katı fazın santrifüj etki altındaki şekil değiştirme davranışını ortaya koymaktadır. Sıvı faz için süreklilik denkleminin integral ifadesi yardımıyla tamburdan atılan suyun ortalama hızını veren denklem belirlenmiştir. Bu denklemden yararlanılarak deneysel veriler analiz edildiğinde, tamburdan çıkan suyun ivmelenme sırasında maksimum değere ulaştığı görülmüştür. Yük miktarı arttıkça maksimum hız değerinin arttığı belirlenmiştir. Sıkma işleminin sonunda, gözenekli ortamdan su çıkışı durduğundan kılcal basınç santrifüj basınca eşit olmaktadır. Regresyon analizi yapılarak kılcal basınç, devir, yarıçap, katman sayısı ve kalan su miktarı boyutsuz sayılarla ifade edilmiş ve aralarındaki ilişkiyi veren bir korelasyon elde edilmiştir. Sıvı faz için hesaplanan Reynolds sayısı çok düşük değerde olduğu için akış rejiminin Darcy rejimi olduğu gösterilmiştir. İntegral formdaki momentum denkleminden ivme, kılcal basınç, santrifüj basınç ve Darcy terimleri arasındaki ilişki elde edilmiştir. Kılcal basıncın santrifüj kuvvete eşit olduğu kabul edilerek, bu ilişkiden geçirgenlik değerleri elde edilmiştir. Regresyon analizi ile geçirgenlik değerleri ve doyma sayısı arasında üstel bir ilişki olduğu ortaya konulmuştur. Matlab yazılımı kullanılarak gözenekli ortamda santrifüj kuvvetler altında su hareketi ve kalan su miktarıni belirlemek için bir hesaplama algoritması geliştirilmiştir. Korunum denklemleri ve deneysel olarak bulunmuş olan ortama ait ilişkilerle birlikte algoritmada beş adet denklem kullanılmaktadır. Bu denklemler gözenekli ortamdan santrifüj etki ile suyun uzaklaştırılmasını ve katının ezilme davranışını ortaya koymaktadır. Tambur çapı, tambur derinliği, sıkma algoritması, sıcaklık ve yük miktarı bu matematik modelin girdileridir. Bu modelin çözümünden hesaplanan sıkma indeksi değerleri deneysel değerlerle karşılaştırıldığında aradaki farkın en fazla ±%5 olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte modelden elde edilen zamana bağlı uzaklaştırılan su debisi ve sıkma indeksi değerleri de deneysel sonuçlarla oldukça uyumlu çıkmıştır. Deneysel sonuçlarımızla gerekli karşılaştırmaları yapılan Matlab yazılımı ile farklı boyutlara sahip tambur için hesaplamalar yapılmış ve literatürdeki deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Hesaplanan değerlerin deneysel sonuçlardan en fazla %±4 farklı olduğu tespit edilmiştir.
Eksenel fanlarda rotor-stator etkileşim yüzeyi modellerinin ve kanat profillerine kaydırma uygulamasının performansa etkileri
Bu çalışmada eksenel fan modeli kullanılarak rotor ve stator kademeleri arasında tanımlanan etkileşim yüzeyi modellerinin ve rotor kanadı profilleri üzerinde uygulanan kaydırma yönteminin etkileri HAD analizleri yapılarak incelenmiştir. Turbomakinelerin HAD analizlerinde rotor ve stator kademeleri arasındaki geçişler için tanımlanan duran çark (frozen rotor), karışım yüzeyi (stage-mixing plane) ve zamana bağlı rotor stator (transient rotor-stator) modeli olmak üzere üç farklı model bulunmaktadır. Tezin ilk bölümünde bu üç modelin referans eksenel fan modelinin performansına etkisini incelemek için zamandan bağımsız analizlerde kullanılan duran çark ve karışım yüzeyi modelleri ile zamana bağlı analizler için geliştirilen zamana bağlı kanat kademesi (transient blade row) modellerinden zaman dönüşümü (time transformation) modelleri kullanılarak analizler gerçekleştirilmiş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Analizler, belirlenen devir sayısında ilk olarak zamandan bağımsız rotor-stator etkileşim yüzeyi modellerinden duran çark ve karışım yüzeyi modelleriyle çözülmüştür. Daha sonra başlangıç şartları karışım yüzeyi çözümleri tanıtılarak zamana bağlı kanat kademesi modellerinden, zaman dönüşümü yöntemiyle çözülmüş ve analiz sonuçları farklı performans parametreleri üzerinden kıyaslanmıştır. Üç farklı etkileşim yüzeyi modeli kullanılarak analiz edilen eksenel fan modeli analizi sonuçları kıyaslandığında, karışım yüzeyi ve duran çark modelleri ile elde edilen statik basınç ve verim eğrilerinin birbirlerine yakın sonuçlar verdiği, zaman dönüşümü modelinin ise bu iki modelden özellikle düşük debilerde daha fazla statik basınç artışı ve verim oluşturduğu görülmüştür. Daha sonra bu üç yöntemle elde edilen HAD analizi sonuçları son işleyici modülü üzerinden, rotor ve stator kanatları üzerinde oluşan basınç ve hız dağılımları, akım çizgileri ve kanat üzerinde oluşan basınç dağılımları gibi parametrelerce farklı kanat kesitlerinde incelenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde ise eksenel fanlarda kanat profillerinin taşınması uygulamalarından kaydırma yöntemi, refereans fan modeli rotor kanatlarına uygulanmıştır. Rotor kanadı profilleri, kanat kesidinin veter uzunluğu doğrultusunda öne ve arkaya doğru 30°'lik açıda kaydırılarak iki farklı model elde edilmiştir. Kaydırma yöntemiyle hazırlanan fan modelleri ilk olarak karışım yüzeyi modeliyle analiz edilerek performans eğrileri incelenmiştir. Kaydırma uygulanan modeller ile referans fan modelinin debiye göre statik basınç artışları ve verim eğrileri birbirinden farklı sonuçlar ortaya çıkarmıştır. Öne doğru kaydırma uygulanan rotor modeli fanın çalışma aralığını genişletmiş ancak düşük debilere kaydırmıştır. Arkaya doğru kaydırma uygulanan model ise tam tersi fanın çalışma aralığını daraltmış fakat daha yüksek debilerde akış geçirdiği görülmüştür. Verim eğrisi incelendiğinde ise öne doğru kaydırma uygulanan modelin rererans fana göre nispeten daha yüksek değerler verdiği, arkaya doğru kaydırma uygulanan modelin ise daha düşük değerlerde verim sağladığı görülmüştür. Daha sonrasında analizler sonucunda, rotor kanatları üzerinde farklı kesitlerdeki boyutsuz basınç katsayısına göre basınç dağılımları incelendiğinde ise öne doğru kaydırma uygulanan modelin referans modele göre aerodinamik yükü bir miktar azalttığı, arkaya doğru kaydırma uygulanan modelin ise aerodinamik kanat yükünü arttırdığı görülmüştür. Son olarak, kaydırma uygulanan modeller karışım yüzeyi modeli çözümlerine ek olarak en yüksek verim noktalarındaki debiler için duran çark ve zaman dönüşümü modelleriyle da analiz edilerek sonuçlar değerlendirilmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri, ANSYS CFX 17.2 üzerinden gerçekleştirilmiştir. Fan katı modelinin geometrisi, ANSYS DesignModeler modülü kullanılarak oluşturulmuş ve ağ yapıları hazırlanmak üzere ANSYS TurboGrid modülüne aktarılmıştır. TurboGrid ile rotor ve stator kademeleri kanatları için çözüm ağları hazırlanmıştır. Hazırlanan çözüm ağlarının, ağdan bağımsız sonuçlar verdiği ve y+ değerlerinin kabul edilebilir düzeyde olduğu değerlendirmesi yapılmasının ardından orta sıklıktaki ağ yapısı üzerinden çalışmalara devam edilmiştir. Hazırlanan çözüm ağları ANSYS CFX programına aktarılarak akış koşulları ve çözüm parametreleri tanıtılmıştır. Akış bölgesi, zaman dönüşümü modeli uygulanmasında gerekli olan aralık (pitch) koşulunun sağlanabilmesi için 5 stator ve giriş hacmi ile birlikte 3 rotor ve çıkış hacmi şeklinde periyodik sınır koşulları uygulanarak modellenmiştir. Daha sonra ön işleyici (CFX-Pre) modül üzerinden akış özellikleri, sınır şartları, akış bölgesi ara yüzeyleri ve çözüm kontrol parametreleri tanımlanmıştır. Analizlerde SST k-w türbülans modeli tercih edilmiştir. Hesaplamalar, çözücü (CFX-Solver) modülü üzerinden yapılarak son işleyici (CFD-Post) modülü ile analiz sonuçları görüntülenmiştir. Bu çalışma ile hem dönen ve dönmeyen hacimlerden oluşan eksenel fanlar arasındaki arayüzler için tanımlanan rotor stator etkileşim yüzeyi modellerinin hem de literatürde farklı değerlendirmeler yapılan kanat profillerine kaydırma uygulamasının fan performansına etkileri incelenmiştir. Çalışma sonucunda iki konuda da literatüre katkıda bulunacak sonuçlar elde edilmiş ve değerlendirmelerde bulunulmuştur.
Kanal içerisinde rüzgar türbini tasarımı ve had analizi ile kanal profilinin türbin performansına etkilerinin incelenmesi
Literatürde, rüzgar türbini tasarımına ve rüzgar türbinlerinden elde edilebilecek enerjinin arttırılmasına yönelik birçok çalışma mevcuttur. Bu çalışmaları çoğunlukla tasarıma yönelik olup, kanat geometrilerinin rüzgardan daha fazla enerji çekebilmesini sağlamaya yöneliktir. Bununla birlikte yakın geçmişten günümüze kadar rüzgar türbinin performansını arttırılmasına yönelik daha yenilikçi çalışmalarda mevcuttur. Bu tez çalışmasında da bu amaca yönelik olarak çalışmalar yürütülmüştür. Bu bağlamda küçük rotor çapına sahip bir rüzgar türbini tasarlanması ve tasarlanan rüzgar türbini modelinin kanal içerisine yerleştirilmek yoluyla performansının arttırılması amacıyla incelemeler yürütülmüştür. Bu amaçla ilk olarak kanat geometrisi, belirlenen tasarım koşullarına uygun olarak optimal tasarım parametreleri için kanat elemanı teorisi ve momentum disk teorisinden yararlanılarak elde edilmiştir. Kanat tasarımının elde edilmesinde QBlade yazılımından yararlanılmış ve bu yazılım yardımıyla kaldırma hattı teorisi kullanılarak iki boyutlu analizler ile rüzgar türbini performansına yönelik ilk öngörüler elde edilmiştir. Tasarımı gerçekleştirilen kanat geometrisinin CATIA programı yardımıyla üç boyutlu modellenmesi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen rotor geometrisi için ANSYS 16.0 analiz programının ICEM modülü kullanılarak ağ yapısı modellenmiş ve ANSYS FLUENT modülü kullanılarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler serbest akış rejimi için sabit hacim ve rotor çevresinde dönel akışkan hacmi olarak modellenerek gerçekleştirilmiştir. Ayrıca analizlerin gerçekleştirileceği akış hacimleri periyodik analiz yapısına uygun olarak oluşturulmuş olup, üç kanatlı olarak tasarlanan rüzgar türbininin bir kanadını içerisine alacak şekilde düzenlenmiştir. Türbülans modeli olarak k-omega STT modülü seçilmiş ve sabit rotor çevresinde dönel akış hacmi oluşturulması metodu kullanılarak sonuçlar elde edilmiştir. Bununla beraber kanat geometrisinin etrafında daha doğru sonuçlar elde edilebilmesi adına ayrı bir dönel akış hacmi tanımlanmış ve bu hacim için O-örgü formunda yapısal ağ modellemesi kullanılmıştır. Rüzgar türbininin performans karakteristiğini gösteren rüzgar hızına bağlı değişen güç üretimi eğrisi ve kanat uç hızına bağlı değişen güç katsayısı verilerine ulaşılmıştır. Elde edilen sonuç verileri ile tasarım aşamasında ilk öngörülerin elde edildiği QBlade iki boyutlu analizlerinin birbirine benzer eğilimde olduğu görülmüştür. Rüzgar türbini performansını karakterize eden güç katsayısı eğrisinin literatürde ki çalışmalarda ulaşılan sonuçlara bakıldığında tutarlı olduğu görülmüştür. İlerleyen aşamada tezin de esas konusu olan ve ulaşılan rüzgar türbini performansının arttırılması yönelik kanal içerisinde rüzgar türbini tasarımının elde edilmesine geçilmiştir. Bu doğrultuda tasarım kanal profilinin belirlenmesinde 6 nokta kontrollü Bezier eğrileri teorisi kullanılmış ve bu teorinin düzenlendiği MATLAB kodu yardımıyla kapalı kanal profilleri oluşturulmuştur. Kanal profillerinin elde edildiği MATLAB kodunun içeresine gömülü olarak eklenen DFDC yazılımı ile oluşturulan rasgele kanal profillerinin 2 boyutlu HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. MATLAB programından optimizasyon modülü kullanılarak genetik algoritma çoklu hedef optimizasyonu analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu aşamada rüzgar türbini rotor tasarımının elde edilmesinde de belirlenen tasarım parametreleri ve kanat profillerinin aerodinamik özellikleri de analiz girdileri olarak uygulanmış ve optimizasyon hedef parametreleri olarak maksimum güç ile minimum itki getirileri belirlenerek, pareto çözüm setleri elde edilmiştir. Çözüm setlerine, GAO parametrelerinde farklı yaklaşım metotları için, sorunsuz şekilde analizlerin ilerleyebilmesi adına belirlenen kontrol noktalarının sınırları içerisinde profiller elde edilerek ulaşılmıştır. Kanal geometrisi ve kanal içerisinde rüzgar türbini tasarım parametrelerinin ayrıntılı olarak incelenebilmesi adına, çözüm seti içerisinden kanal profilleri seçilmiştir. Seçilen kanal profillerinin rüzgar türbini performansına etkileri belirlenen tasarım parametrelerine yönelik hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri gerçekleştirilerek elde edilmiştir. Bu doğrultuda kanal ile kanatlar arasındaki boşluk oranı, kanal içeresinde rotorun yerleştirildiği pozisyon, kanal giriş ve çıkış akış alanları arasındaki oran ve kısmi kanal modelinin kullanılması gibi farklı tasarımlar için analiz sonuçları elde edilmiş ve ulaşılan veriler karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. İncelenen tasarımlardan pareto çözüm seti içerisinde farklı bölgelerden seçilen iki profil için ulaşılan HAD analizi sonuçlarıyla, pareto çözüm setinin elde edilmesinde kullanılan DFDC yazılından elde edilen iki boyutlu analiz sonuçlarının birbirine yakın olduğu söylenebilir. Bununla birlikte incelenen tasarım parametrelerinin sonuç verilere olduğu kadar kanal ve kanat çevresindeki akışa da etki ettikleri ve bu etkiye bağlı olarak rüzgar türbini performansının da değiştiği sonuçlardan görülmektedir.
Karbon kompozitlerin cıvatalı ve yapıştırmalı bağlantılarında hasar analizi
İnsanoğlu, eski çağlardan bu yana ihtiyaçları doğrultusunda, iki farklı yapıdaki malzeme özelliklerini bir arada kullanmak için çalışmıştır. Bu çalışmaların en somut örneğini günümüzde kompozit malzemeler olarak görmekteyiz. Kompozit malzemelerin getirdiği hafiflik, tasarım esnekliği gibi avantajlarından dolayı kullanımı da günden güne artmaktadır. Kullanım alanlarının da genişlemesiyle birlikte kompozit malzemelerin birbirleriyle ve metallerle olan bağlantılarının yük altındaki davranışlarının incelenmesi ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Son 50 yılda yapılan çalışmalar da bu konudaki bilgi birikimini artırmıştır. Kompozitlerin birleştirilmesinde temel olarak iki farklı yöntem kullanılmaktadır. Bunlardan ilki olan mekanik bağlantılar cıvata, perçin ve pimlerle gerçekleştirilirler. Literatürde farklı olarak kelebek tipi kamalarla yapılan mekanik bağlantılar olsa da bu çalışmalar henüz ticari bir üründe kullanılacak sonuçları vermemektedirler. Cıvatalı ve perçinli bağlantılar ise kabul görmüş ve günümüzde en sık tercih edilen bağlantı türleridir. Bunun sebebi birleştirme işleminin kolayca ve uzmanlık gerçekleştirmeden yapılabilmesi, kullanılan malzemelerin kolay ve ucuza temin edilebilmesi ve ortam şartlarına karşı daha toleranslı olmalarıdır. Fakat buna karşın bağlantının yapılabilmesi için açılması gereken deliklerin getirdiği ekstra işlem maliyeti, bağlantı elemanlarının ağırlıklarının sisteme ek ağırlık getirmeleri mekanik bağlantıların dezavantajları arasında gösterilebilir. Yapıştırmalı bağlantılar da ise mekanik bağlantıların aksine, parça üzerinde ekstra bir işlem yapılmaması, farklı mekanik özellikler için farklı yapıştırıcıların geliştirilmiş olması, yapıştırıcıların getirdiği en önemli avantajlardandır. Bu özelliklerinden dolayı yapıştırıcılar, iyi bir alternatif olarak değerlendirilebilir. Kompozitler hafif yapılarından dolayı daha çok alüminyum ve titanyum gibi metaller ile birlikte kullanılırlar. Kompozitlerin metallerle olan bağlantılarında bağlantı dayanımı, mukavemeti en düşük malzemenin dayanımı ile sınırlanmaktadır. Bu bazen yapıştırıcı veya bağlantı elemanı, bazen kompozit bazen de metal olmaktadır. Literatür araştırması yapıldığında, bağlantı dayanımlarını hesaplayabilmek için birçok analitik model kullanıldığı görülmektedir. Mekanik bağlantıların dayanım hesabı görece olarak kolay iken yapıştırmalı bağlantılarda dayanım hesabı daha karmaşık ve zordur. Bir de üstüne kompozit malzemenin düzensizliği ve karmaşıklığı eklendiğinde hesaplama iyice zorlaşmaktadır. Bundan dolayı bu tip problemlerin çözümünde daha çok nümerik çözüm yöntemleri kullanılmaktadır. Malzemelerin elastik bölgeden sonra, plastik davranışlarını da incelemek için birçok hasar modeli ortaya atılmıştır. Yapıştırıcılar için Von Mises, Mohr - Coulomb, Drucker – Prager gibi hasar modelleri geliştirilmişken, kompozitler için Tsai-Wu, Hashin, Rotem gibi hasar kriterleri geliştirilmiştir. Bu teorik çalışmalara rağmen kompozitlerde ve yapıştırıcılarda halen en güvenli dayanım ölçme metodu test ve deneylerdir. Bu tez çalışmasında mekanik ve yapıştırıcılı bağlantıların bağlantı dayanımları deneysel ve nümerik yollarla hesaplanmış ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Yapıştırmalı bağlantılar tasarlanırken iki farklı karakteristiğe sahip yapıştırıcı kullanılmış bu sayede farklı yapıştırıcıların modellenmesi amaçlanmıştır. Bağlantı şekli olarak çift yönden bindirmeli bağlantı tercih edilmiştir. Literatüre bakıldığında xxiv da kompozit yapıştırma çalışmalarında genel olarak çift yönden veya tek yönden bindirmeli bağlantıların tercih edildiği görülmektedir. Numunelerin üretimi için 90˚ düz dokuma 200 gsm karbon fiber kumaş kullanılmıştır. Karbon fiber kumaşlar uygun ölçülerde kesildikten sonra epoksi bazlı genel maksat reçinesi kullanılarak karbon fiber plaka üretimi gerçekleştirilmiştir. Gerekli kalınlığa ulaşmak için 11 kat elyaf kullanılmıştır. El yatırması yöntemiyle gerçekleştirilen üretim sonucunda elde edilen plakalar ASTM D 3528 standardına uygun ölçülerde kesilmiştir. Bağlantının diğer bir bileşeni olan metal ise kompozitlerle birlikte sıklıkla kullanıldığından dolayı alüminyum olarak seçilmiştir. 6063 T5 kodlu alüminyum malzemeler yine standartlara uygun ölçülerde kesilmiş cıvata ile bağlanacak parçalara cıvata deliği açılmıştır. Malzemelerin cıvata ile birleştirilmelerinde A-2 kalite paslanmaz çelikten imal edilmiş, M4 cıvatalar kullanılmıştır. Cıvataların basma yüzeylerine pul konulmuş ve M4 somun ile birleştirilmiştir. Cıvatalar sadece bağlantıyı tutacak şekilde sıkılmış, fazladan bir tork uygulanmamıştır. Yapıştırıcılı bağlantılar içinse yapısal yapıştırmalarda kullanılan Araldite 2011 ve Hysol 3450 yapıştırıcıları tercih edilmiştir. Kompozit ve alüminyum parçaların yapıştırma yüzeyleri hazırlandıktan sonra laboratuvar koşullarında malzemeler birbirlerine yapıştırılmıştır. 24 saat beklenerek numunelerin tam olarak kürleşmesi sağlanmıştır. Üç farklı durum için toplamda dokuz farklı numune hazırlanmıştır. Daha sonra numunelerin, laboratuvar ortamında 1,27 mm/dk hızında çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerin bilgisayar ortamında simule edilebilmesi için öncelikle, numunelerin üç boyutlu katı modelleri SolidWorks 2017 programında oluşturulmuştur. Katı modellere göre sonlu elemanların oluşturulabilmesi için ticari FEA programları olan HyperMesh 13.0 ve HyperCrash 13.0 programları kullanılmıştır. Kullanılan programdan bağımsız olarak, malzemelerin hasar durumlarını gözlemleyebilmek ve mümkün olduğunca doğru sonuçlar elde edebilmek için modellemenin doğru yapılması büyük önem taşımaktadır. Bu şartları sağlamak ve olası delaminasyon durumunda delaminasyon etkisinin gözleyebilmek için bütün kompozit katlar, katlar arası reçine tabakaları, yapıştırıcılar ve cıvatalar üç boyutlu hex elemanlar kullanılarak modellenmiştir. Üreticilerden ve benzer çalışmalardan elde edilen malzeme özellikleri programa girildikten sonra bütün malzemeler için hasar kriterleri tanımlanmıştır. Uygulanan hasar kriterleri güncel çalışmalar incelenerek seçilmiştir. Belirlenen bu hasar kriterleri doğrultusunda, elemanlar belli bir değere ulaştığında hasar uğramakta ve bir süre sonrada yük taşıma görevlerini yerine getirememektedirler. Oluşturulan modellerin çözdürülmesinde Radioss 13.0, sonuçların değerlendirilmesinde de HyperView 13.0 programları kullanılmıştır. Çıkan sonuçlar birbirleriyle ve deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Daha önce yapılan çalışmalar incelendiğinde, bağlantı dayanımlarının, maksimum çekme kuvvetinin bindirme alanına bölünmesiyle elde edilen bağlantı dayanımı değeriyle mukayese edildiği görülmüştür. Bu çalışmada da, çalışmada bahsedilen durumlar bağlantı dayanımlarına ve bağlantının taşıyabildiği gerilim değerine göre karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak; cıvatalı bağlantılar ve yapıştırmalı bağlantılar deneysel ve nümerik olarak dayanımlarına göre kıyaslanmıştır. Deney sonuçları göstermiştir ki yapıştırmalı bağlantılarda bağlantı dayanımı ve kopma uzaması, numuneden numuneye çok çeşitlilik göstermektedir. Buna karşın cıvatalı bağlantılarda bu değerler daha kararlıdır. Yapıştırıcıların sonlu elemanlarla modellenmesinde, farklı karakterleri yapıştırıcıların tek bir hasar kriteriyle modellenmelerine engel olmaktadır. Sünek yapıştırıcı enerji kriterine göre daha doğru sonuçlar verirken gevrek olan yapıştırıcı şekil değiştirme xxv kriterine göre daha doğru sonuçlar vermektedir. Nispeten daha sünek ve daha mukavemetli bir yapıştırıcı olan Araldite 2011 ile yapıştırılan numuneler neredeyse cıvatalı numuneler kadar dayanım göstermişlerdir. Buna karşın Hysol 3450 ile yapıştırılan numuneler aynı başarıyı gösterememişlerdir. İki yapıştırıcıda da hasar başlangıcından sonra hasar ilerlemesinin çok yüksek hızda olduğu saptanmıştır. Bu durum da bağlantının ani kopmasına neden olmakta ve sistem bütünlüğünü tehlikeye atmaktadır. Bağlantılardaki gerilme dağılımları incelendiğinde ise yapıştırmalı bağlantılarda düzenli bir gerilme dağılımı olduğu, cıvatalı bağlantılarda ise cıvatadan dolayı çentik etkisi ve gerilme yığılmaları olduğu gözlemlenmiştir. Tüm bu sonuçlar göstermiştir ki yapıştırmalı bağlantılar, uygun yapıştırıcı seçiminde en az cıvatalı bağlantılar kadar dayanım göstermektedirler. Birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları olsa da iki bağlantı türü de kompozit sistemlerde kullanılmaya devam edecektir. Fakat yapıştırıcıların ani kopma davranışları, imalat süreçlerinin ve bağlantı dayanımlarının ortam şartlarına karşı çok hassas olmaları, yapıştırmalı bağlantıların kullanım alanlarını kısıtlamaya devam edecektir.
Analysis of 5 KW ORC system operating with R245FA and plate type evaporator and condenser
In today's world, the major part of the electrical energy is produced by consumption of hydrocarbon fuels in combined power plants. The thermal efficiency of these plants is higher, because of high source temperature that is occurred by burning of hydrocarbon fuels. Utilization of natural sources like solar and geothermal energies and industrial waste heat (flue gases, exhaust gases, etc.) had not been economically efficient because of their low temperature. However, through previous years by using hydrocarbon-based fluids instead of water, efforts are in progress on the utilization of a steam power system called ORC, which utilizes low-grade heat sources. Especially ORC systems are established for utilization of geothermal sources. In this study, a 5 kW ORC heat engine is modeled. Evaporator and condenser of the engine are chosen as plate type heat exchanger (HEX). The working fluid is selected as R245fa. This ORC system consists of evaporator, condenser, expander and the pump; in addition to these components, the expansion valve is added which is basically used in times of start-up and for adjusting the power output of the system. In this work, the heat source is specified as pressurized water of 125 C temperature based on Turkey's geothermal resources. Heat sink, however, is specified 25 C based on the climate of the country. Flow and heat transfer formulations are made for all of the units and coded in Mathcad program to parametrically perform thermal calculations. Working fluid is considered as compressed liquid at inlet, and superheated vapor at outlet in the formulation of the evaporator. Since the evaporator is considered as a single pass plate heat exchanger (PHE), starting points of boiling and superheating in the plate channels are calculated in analyzing of the evaporator. Suitable friction factor and Nusselt correlations are chosen for single and two-phase regions in the evaporator and condenser. Evaporation temperature of 75.2 C and condensation temperature of 40 C values are selected as design conditions for our system. Pump and expander efficiencies are set as 35.6% and 75% , respectively. Evaporator and condenser capacities are calculated as 80.10 kW, and 75.10 kW, respectively. The thermal efficiency of the ORC cycle is obtained as 6.242% while pump and expander powers are 0.3 kW and 5.3 kW. On the other hand, the final condenser power is calculated as 80.40 kW when the working fluid passes completely through the expansion valve. For two different chevron angles of 45 and 60 degrees, heat transfer coefficients (HTC) and pressure losses are compared with each other. Plates with 60-degree chevron angles have higher HTC and higher pressure loss then 45-degree chevron angle. Pressure loss in HEXs decreases cyle thermal effıciency by 0.444% for chevron angle of 45 degrees and 0.561% for chevron angle of 60 degrees. Evaporator and condenser calculations performed by taking into account the plate number and dimensions. Required hot water mass flow rate with 125 C temperature is 0.901 kg/s in evaporator. For condenser, however, required cold water mass flow rate with 25 C temperature is accuired as 2.55 kg/s and required cold water mass flow rate when fluid passes expansion valve is obtained as 2.62 kg/s. In design conditions, HEX efficiencies are obtained as 0.53 for preheat region, 0.3 for evaporator region, and 0.98 for superheat region. In case of the condenser, for desuperheater region efficiency is obtained as 0.85 and for condenser obtained as 0.6. Regarding the effect of cold water temperature change on condenser, results indicate that cold water temperature varies between 21-28 C. Fully condensed fluid at condenser outlet can be maintained by adjusting the mass flow rate of cold water in this range of temperature. However, extra condenser is required for water temperatures over 28 C, because of excessive required water mass flow rate to have fully condensed fluid at the condenser outlet. Increase in pump and expander isentropic efficiencies can positively affect cycle thermal efficiency. Increasing of evaporation temperature and decreasing of condensation temperature can also improve thermal efficiency. Overall area of HEXs for the same output power is decreasing by increasing of evaporation temperature until 95 C.
Development of methodologies and their applications on the improvement of vehicle NVH performance
In today's competitive automotive industry, analyzing the noise level inside a passenger compartment and determining the contributors to the interior noise level has become more important due to opportunities for improvement. Finding opportunities for improvement to provide customers with a more refined vehicle in terms of passenger compartment noise level provides an advantage to the automotive manufacturer over its competitors. In the first phase of our study, integration of Acoustic Source Quantification (ASQ) and SEA methodologies is aimed to model the interior noise level inside the passenger compartment. The ASQ Direct Method, briefly explained in theory part of section 2, has been used to perform Panel Contribution Analysis (PACA), in order to investigate regions with panels that contribute primarily to the interior noise level and to determine opportunities for refining the interior noise levels within vehicles. To determine the airborne contributions of engines, the ASQ Indirect Method, briefly explained in theory section, has been applied. Creating a contribution model using MATLAB (PACA and Engine ASQ), the interior noise level of the vehicle has been calculated and correlated with the test results. By performing further analysis on the interior noise contribution model and focusing on the panel contributions, the regions with the most contributing panels have been determined and interior noise refining actions have been applied. By applying interventions, which are the refining outputs of the panel acoustic contribution analysis, an improvement of up to 3 dB(A) for a few engine speed ranges has been obtained for the overall noise level of the vehicle. In addition to the panel contribution analysis, which is the primary focus of this study, thickness optimization of the inner dash isolator has been performed for a correlated SEA model, which confirms that no performance loss occurred in the acoustic transfer functions from the engine to the passenger compartment. The physical prototype of the optimized inner dash isolator has been assembled in the vehicle during the panel contribution analysis validation tests. The integration of the ASQ (direct & indirect) and SEA techniques may be offered as a unique method that can be applied in the refinement phase of product development when the physical vehicle is available, to release refined and lower weight vehicles. In the second phase of our work, we have developed an analytical model of a multilayer porous material based on the transfer matrix method to predict the absorption behavior at plane wave incidence. The aim of this study is to modify/tune the sound absorption coefficient of a felt to obtain an improved absorbing performance in the mid frequency range without increasing its weight. To achieve this target, the developed model has been used to find the best combination of each layer type and thickness. The analytical results were validated by test results. The second section consists of three parts. First, we describe the analytical model based on the transfer matrix method of a multilayer porous material to predict the sound absorption coefficient subjected to plane waves with a rigid backing boundary condition. Second, the sound absorption coefficient calculation result of the model for a multilayer material has been presented to obtain more absorbing performance in the mid frequency range without increasing its weight, which is the main objective of this study. Generally, the mid-frequency range sound absorption performances of felts are low compared to their performance in the relatively high frequency range. There may be some cases where one may want to increase the mid-frequency absorption performance of a felt without increasing its weight. In such cases, according to the experimental results shown in this section of our study, one can modify the sound absorption curve characteristic of a felt using elastic films and the air gap without increasing or decreasing its weight. Finally, the model results have been validated with the experimental results. There is a good agreement between the analytical and experimental results in terms of the amplitude of the sound absorption coefficient in most of the frequency range and the tendency of the behavior of the curve comparing different configurations. In conclusion, compared to the initial condition, with 12% less weight, one can gain 35% in the absorption performance in the relatively mid-frequency range with a loss (20%) in the relatively high frequency range. In the third phase of our work, we have developed an analytical model that uses the transfer matrix method to predict the transmission loss (TL) of a resonator system with a helical side branch duct connected to the main duct. The resonator system is tuned to a proper frequency range to be applied on vehicle in order to decrease the air intake pipe radiated noise of the selected passenger car below 1000 Hz. In order to fulfill the packaging requirements, the developed resonator does not require an additional volume. The designed helical resonator is a tunable resonator and can be tuned to the required frequency range by adjusting the dimensions. Resonator in our study is tuned to mainly 300 Hz – 600 Hz frequency range to decrease the noise level of the selected passenger car of which's air intake pipe radiated noise in the specified frequency range is high. Developed helical resonator has been analyzed numerically, the analytical results are first validated with the numerical ones, and the prototype part has been produced with rapid prototyping technique. Finally, the prototype part has been tested on a 1.6 l Gasoline Engine Vehicle. Our numerical calculations show that the 1D analytical approach yields satisfactorily accurate approximations in the 0 to 1000 Hz. The physical verification test results are well correlated with the numerical analysis results for both the pressure drop and the sound transmission loss. The developed tunable resonator shows significant improvement in the noise radiated from the AIS pipe between 300 and 600 Hz. This improvement resulted in a quieter passenger compartment. Considering these results, the designed tunable helical resonator is a solution for high AIS radiated noise in vehicles, especially those vehicles with small volume engine compartments where strict packaging requirements are necessary. The application of these resonators may become widespread with the further development of rapid prototyping techniques.
Cevap yüzeyi metodu ile ticari araç koltuğu sonlu elemanlar modelinin güncellenmesi
Koltuk üzerindeki titreşimin insan konforu ve sağlığında etkileri yüksek olduğundan, üretilen araçlarda koltuk konforu oldukça önemsenmektedir. Koltuk konforundaki önemli etki alanlarından biri koltuğun rezonans frekansı olmakta olup, koltuk rezonans frekansının belli bir değerin üzerinde olması talep edilmektedir. Bu talep edilen değer koltuğun yapısını da oldukça etkilemektedir. Araç üretilirken bütün tasarımlar bir öngörü şekilde hazırlanıp daha sonra bunlar fiziki parçalar haline getirilmektedir. Burada proje halinde olan koltuk tasarımı fiziki parça haline getirilmeden sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılan koltuk tasarım analizleri oldukça önem arz etmektedir. Yapılan analizlerin daha sonra fiziki parça haline getirilen koltuklar üzerinde yapılan testlere yakın sonuçlar vermesi projenin ilerlemesi ve güvenilir sonuçlar vermesi açısından oldukça önemlidir. Çünkü projelerin başlangıç aşamalarında koltuğun prototipini üretip deneysel çalışmayla ilgili özelliklerin belirlenmesi vakit alan, zahmetli ve maliyetli bir yöntemdir. Sonlu elemanlar yönteminin bu avantajına karşın gerçek yapıyla birebir uyuşmaması gibi dezavantajı da vardır. Dolayısıyla sonlu elemanlar modelinin doğrulanması, yani modeli güncellenmesi gerekmektedir. Bu işlemin esası model korelasyon tekniklerini uygulayarak sonlu elemanlar modeli çıktılarını ve deneysel verileri örtüştürmektir. Bunun için modeldeki komponentlerin malzeme özellikleri, boyutları, bağlantı noktalarındaki rijitlikleri parametrik olarak değiştirilip deneysel veri ile analiz sonuçları uyumlu hale getirilmeye çalışılır. Bu projede örnek olarak alınan bir ticari araç koltuğu öncelikle CAD ortamında modellenip daha sonra Hypermesh programı ile sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Hypermesh ortamında oluşturulan koltuk modelinin Optistruct programıyla modal analizi yapılmıştır. Ayrıca üretilen fiziki koltukta çekiçle kuvvet uygulanarak ivmeölçerle de ölçüm alınarak deneysel modal analiz yapılmıştır. Koltuk üzerinde yapılan bu ölçümler, koltuktaki katmanların 1. mod frekansına etkilerini incelemek açısından farklı seviyelerde test edilmiştir. Bu katman seviyeleri: 1.Koltuğun sadece iskelet halindeki yapısı, 2. İskelete sırt tahtasının eklenmesiyle oluşan yapı, 3. İskelet ve sırt tahtasına sünger ilave edilerek oluşmuş yapı, 4. Koltuğun komple hali. Buradaki katmanların ayrı ayrı deneysel olarak modal ölçümü yapılmıştır. Sonrasında sonlu elemanlar modelinde koltuğun komple halinin modal ölçümü yapılıp koltuğu etkileyecek parametreler belirlenmiştir. Bu parametreler belirlendikten sonra bu parametreler için bir aralık belirlenip bu aralıkta parametreler için merkezi karma tasarım yöntemiyle bir deney seti elde edilmiştir. Bu elde edilen deney seti için sonlu elemanlar analiz programıyla her bir veri için Optistruct programıyla analiz yapılmış ve Hypergraph programında bu sonuçlar incelenmiştir. Sonrasında analiz sonuçları ile deneysel ölçümler karşılaştırılmıştır. Merkezi karma tasarım ile elde edilen veri seti için analiz programında elde edilen sonuçlarla bir cevap yüzeyi oluşturulmuştur. Koltuk sonlu elemanlar modeli ve deneysel sonuçların güncellenmesi için uygulanan yöntem cevap yüzeyi metodudur ve sonlu elemanlar yönteminde seçilen parametreler üzerinden bir aralık belirlenerek bu aralıkta merkezi karma tasarım yöntemiyle deney uzayı oluşturulmuştur. Bu sonuçlar ile deneyde elde edilen sonuçlar kıyaslanarak en uygun veri seti belirlenmiştir. Cevap yüzeyi metoduyla uydurulan yüzeyle parametreler için daha uygun değerler belirlenmiş ve bu değerler sonlu elemanlar modeline yansıtılmıştır.
Origami tabanlı eklem tasarımı ve tasarımın nümerik ve deneysel analizi
Robotik teknolojisi, elektronik ve mekaniğin ortak paydada buluşması ile ortaya çıkmış, üstün özellikli ve yüksek performanslı ürünler tasarlanmasına imkân sağlayan bir çalışma alanıdır. Bu sebeple hobi amaçlı yapılan tasarım projelerinden endüstriyel amaçlı kullanılan makinalara kadar değişen boyutlardaki çeşitli projelerin temel ögesi olmuştur. Üretim teknolojileri her geçen gün tasarımcıların ihtiyaçlarına ve tasarımlarının gereksinimlerine göre şekillenmekte ve gelişmektedir. Bazı sistemlerin yapıları geleneksel üretim yöntemleri ile üretilmeye uygun değildir; kullanılan malzemeler geleneksel üretim yöntemleri ile şekil verilemeyecek yapıdadırlar veya daha pratik ve hızlı bir üretim yöntemine ihtiyaç vardır. Sahada bu tip problemlere çözüm getirecek bir üretim yöntemine ihtiyaç duyulmuştur. Günümüzde gelişmekte olan yumuşak tabanlı robotik yenilikçi ve farklı üretim teknikleri ve robotik yapıları kullanan bir çalışma alanıdır. Adından da anlaşılacağı gibi yumuşak esnek malzemeler kullanılarak üretilen yapılar özellikle canlıların hareket kabiliyetini taklit etmek için tasarlanan projelerde sıklıkla tercih edilmektedir. Silikon ve benzeri yumuşak malzemeler ile üretilmiş pek çok doğadan esinlenerek tasarlanmış robotik çalışma olduğu gibi, endüstride farklı boyutlardaki nesneleri zarar vermeden hassas bir şekilde taşımak için kullanılan tutucu uçlarda da yumuşak tabanlı robotik tercih edilmektedir. Kullanılan malzemelerin yumuşak ve esnek olması aynı zamanda yoğunluğu da düşürdüğü için yumuşak robotik ile hafif ve en iyi hareket kabiliyetinde yapılar üretilebilir. Yüksek hareket kabiliyeti yumuşak tabanlı robotik kollarda oldukça faydalı bir özelliktir. Yumuşak robotik ile üretilen kollar engellerden kaçma veya hedef konumuna en az hata ile ulaşma konusunda sert malzemeler ile üretilmiş robotik kollara göre daha iyi bir iş çıkarırlar. Bu nedenle yumuşak robotik esnekliğin ve boyut değişkenliğinin önemli olduğu hafif ve maksimum hareket kabiliyeti gerektiren yapılarda tercih edilen bir uygulamadır. Ancak yumuşak robotları kontrol etmek sert yapıları kontrol etmekten daha zordur çünkü hareket konusunda herhangi bir limitleri bulunmamaktadır. Yumuşak tabanlı robotiğin bir alt dalı olan origami tabanlı robotik ise hızlı üretim konusunda gelişmiş bir uygulama alanıdır. Origami tabanlı robotik Japonların yüzlerce yıllık kâğıt katlama sanatından esinlenilerek oluşturulmuş bir üretim tekniği ve çalışma alanıdır. Yumuşak robotikte olduğu gibi esnek ve katlanabilir malzemeler kullanılmaktadır. Tıpkı kâğıt katlama sanatında olduğu gibi 2 boyutlu ince malzemelerin doğru katlama şeması kullanılarak arzu edilen 3 boyutlu şekli alması prensibine dayanır. Tasarımcı projesinde kullanacağı 3 boyutlu modelin 2 boyutlu katlama şemasını çıkarır ve kolayca katlayarak malzemeye şekil verir. Üretim ve tasarım 2 boyutta yapıldığı için hızlı ve pratik sonuçlar elde edilebilir. Yeni bir çalışma alanı olmasına rağmen günümüzde pekçok origami tabanlı robotik uygulaması yapılmıştır. Origami tabanlı robotik daha çok küçük boyutlu modüler araçların gövdesinde veya hareket elemanlarında tercih edilmektedir. Ayrıca "pop-up" mekanizmalarda yani kendi kendine montaj olan yapılarda da origami tabanlı robotik uygulamalarına rastlanmaktadır. Küçük boyutlu projelerin dışında devasa güneş panellerinin uzaya gönderilirken yerden kazanç sağlanması adına katlanması sırasında da origami tabanlı robotikten faydalanılmaktadır. Origami tabanlı robotik tasarımında, en hızlı ve pratik şekilde, minimum ve en temel ve ulaşılabilir malzemeler kullanarak, esnek ve hafif yapılar üretmek kullanıcıların temel hedefidir. Ancak origami tabanlı robotik ağır yükler kaldırabilen bir yapı olmadığı için endüstriyel uygulamalarda kullanım için önerilmemektedir. Bu çalışmada özellikle origami tabanlı eklemler üzerinde durulmuştur. Eklem tasarımında origami tabanlı robotiğin getirdiği hızlı ve pratik üretim pek çok fayda sağlamaktadır. Sert robotik kollar tasarımı zor ve üretimi maliyetli yapılardır. Bu nedenle genellikle çok amaçlı kullanımlar için uygun olan kollar ya da çok eksenli yapılar tercih edilmektedir. Bu sayede yeni robotik kol alımından kurtulunarak zaman ve para kazancı sağlanmaktadır. Ancak her şeye rağmen bu tip kollar maliyetlidir ve sık sık bakıma ihtiyaç duymaktadırlar. Ufak çaplı uygulamalarda sert robotik kollar tercih edilen bir çözüm yöntemi değildir. Öte yandan origami tabanlı eklemlerin bir kez tasarlanması ve 2 boyutlu şemalarının çıkarılması yeterlidir. Arzu edildiği takdirde yepyeni bir tasarım yapmak ve üretmek kolaydır. Bakıma ihtiyaçları yoktur çünkü hızlı bir şekilde yerine yenisini yapmak ne maliyet ne de zaman kaybına sebep olur. Bu özellikleri nedeniyle origami tabanlı eklem üretimi başarılı bir üretim tekniğidir. Literatürde bulunan origami tabanlı eklemler incelenmiş ve hareketlerine göre iki gruba ayrılmıştır. Bunlar dönme ve eğilme eklemleridir. Kategorize edilen eklem modelleri yük taşıma kapasitesi, hareket kabiliyeti ve üretim kolaylığı gibi performanslar açısından değerlendirilmiş ve derecelendirilmiştir. Yapılan karşılaştırmalı analiz sayesinde bu çalışma origami tabanlı eklemler için bir yol haritası görevi de görmektedir. İncelemeler sonucunda dönme eklemlerinin başarılı bir şekilde yük taşıyabildiği ve 360 derecelere kadar hareket kabiliyetine sahip olduğu tespit edilmiştir. Ancak eğilme eklemlerine bakıldığında gereksinimleri tam anlamıyla karşılayabilen bir model olmadığı görülmüştür. Literatürde bulunan eğilme eklemlerinin aşırı esnek olduğu ve bu nedenle yük taşıma kapasitelerinin zayıf olduğu görülmüştür. Eklemin fazla esnek olması yüksek hareket çıkışı verse de yay katsayısı ölçülemeyecek kadar düşük olduğu için en ufak bir kuvvet karşısında eğilmektedir. Origami tabanlı eğilme eklemlerinin yay katsayısının sıfır yakın olması nedeniyle geçmişte yapılmış hiçbir dinamik yaklaşım bulunamamıştır. Bu çalışmanın esas amacı origami tabanlı eğilme eklemlerini incelemek ve geliştirilmiş daha yüksek yay katsayılı kullanışlı bir model tasarlamaktır. Çalışmada var olan bir eğilme eklemi modeli alınıp geliştirilmiştir. Geliştirilecek modelin seçiminde en iyi hareket kabiliyetini sağlayan model tercih edilmiştir. Tasarıma origami tabanlı olmayan esnek eklemlerin hareketleri incelenerek başlanmıştır. Esnek eklemler incelendiğinde temelde hareketin eklemin iki gövdesi arasında bulunan yay elemanları ile sağlandığı ve eklemin yay katsayısının da bu yayların eşdeğer yay katsayısına eşit olduğu görülmüştür. Buradan yola çıkarak origami tabanlı eğilme eklemi paralel bağlı iki adet yaydan oluşan bir modele indirgenmiştir. Yayların paralel bağlı olması eklemin eşdeğer yay katsayısının her bir yayın yay katsayısının toplamına eşit olması anlamına gelmektedir. Geliştirilmiş eklem de bu hipotezden yola çıkılarak oluşturulmuştur. Diğer bir deyişle, paralel bağlı yay adedini arttırarak daha yüksek yay katsayılı ve daha destekli bir eklem elde edilmiş oldu. Geliştirilmiş eklemin eski ekleme göre daha iyi yay katsayısına sahip olduğu ilk etapta pratik deneyler ile gösterilmiştir. Ard arda eklenmiş 2 eklemli bir eğilme sisteminde yüksüz halde eski eklem kendini bile taşıyamazken, geliştirilmiş eklemin böyle bir problem olmadığı görülmüştür. Origami tabanlı eklemler temelde hareket kabiliyetine dayanarak modellenmektedir. 2 Boyutlu şemanın ölçüleri kullanıcının belirlediği hareket kabiliyetine dayanarak şekillenir. Çalışma kapsamında sadece paralel yerleştirilmiş eğilme eklemlerinin kullanıldığı bir robotik kol için kinematik modelleme gösterilmiş ve genelleştirilmiş formüller çıkarılmıştır. Çıkarılan formüller yardımı ile eklemlerin 2 boyutlu şemaları kolaylıkla elde edilebilmektedir. Origami tabanlı eklemler robotik kollarda kullanıldığında sistemin matematiksel modelinin çıkarılması dinamik davranışın kontrolü için önem arz etmektedir. Bu çalışmada daha önce hiçbir origami tabanlı eklem çalışmasında yapılmayan matematiksel modelin çıkartılması konusunda bir yaklaşım önerilmiştir. Bu yaklaşım sayesinde sistemde kullanılacak motor seçimi kolaylıkla yapılabilmektedir. 3 Boyutlu modelleme ve stres analizinde yine daha önce origami tabanlı eklemlerde hiç uygulanmamış bir analizdir. Sadeleştirilmiş 3 boyutlu modeller yardımı ile geliştirilmiş eklemin eski eklem ile karşılaştırması daha detaylı şekilde incelenmiş, eklemlerde kullanılan malzemelerin ve geliştirilmiş eklemin boyutlarının sistemin yay katsayısına ve stres değerlerine etkisi karşılaştırılmıştır. Analitik çalışmaların yanı sıra gerçeğe en yakın sonuçların elde edilmesi için deneysel olarak da geliştirilmiş eklem ve eski eklem karşılaştırılmıştır. Bu deney aynı zamanda gerçeğe en yakın yay katsayı değerlerini de vermektedir. Karşılaştırmalar geliştirilmiş eklemin hareket kabiliyetinden kayıp vermeden aynı yük altında daha az çöktüğünü göstermiştir. Bu da geliştirilmiş eklemin yay katsayısının arttığının kanıtıdır. Sonuç olarak bu çalışmada origami tabanlı eklemler incelenmiş ve literatürde bulunan eğilme eklemi modellerinden yola çıkılarak daha iyi yük taşıma kapasitesine sahip, yüksek hareket kabiliyetinde, kullanışlı bir eklem geliştirilmiştir. Yeni eklem analitik ve deneysel olarak test edilmiş ve sonuçlar bu tezde raporlanmıştır. Tez, origami tabanlı eklemler için, ilk defa matematiksel model çıkartılması ve 3 boyutlu stres analizinin yapılması yönünden de özgün bir özelliğe sahiptir.
Gemi yapılarının vibro-akustik yaklaşımı ile titreşim ve akustik açısından optimum hale getirilmesi
Deniz taşımacılığında artan talebi karşılamak için ihtiyaç duyulan ticari gemi boyut ve hızlarındaki artış gemide yapısal titreşim problemlerine neden olmaktadır. Bunun yanında, ticari gemilerle yapılan deniz taşımacılığı deniz gürültüsünün büyük oranda artmasına sebep olmaktadır. Gemilerdeki gürültü ve titreşimlerin doğurduğu sonuçlar çeşitlidir. Gemide görev yapan ve/veya seyahat eden personel/yolcular üzerinde olduğu gibi limanda bulunduğu ortama da konforu azaltıcı etki yapmaktadır. Ayrıca, artan gemi trafiği nedeniyle artan sualtı akustik gürültüsü deniz canlı yaşamının ekolojik dengesini bozabilmektedir. Benzer konfor azaltıcı etkiler savaş gemileri için de önemini korumaktadır. Bugün savaş gemisi ve denizaltıların başka gemilerin konumlarını saptaması ve onlara hücum edebilmeleri için güçlü sonar sistemlerine sahip olmaları gerekirken diğer gemiler tarafından fark edilmemek ve kendi sonar sistemlerinin performansını etkilememeleri için de mümkün olduğunca düşük akustik ize sahip olmaları gerekmektedir. Bu sebeple bir savaş gemisinin inşa edilmeden daha tasarım aşamasında sualtı akustik izinin hesaplanabilmesi ve tasarımın bu veriler ışığında düzenlenmesi son derece önem arz etmektedir. Gemilerde titreşim ve gürültü problemlerinin çözüm kaynağının erken safhadaki tasarım aşamasında belirlenmesinin önemi ve sonradan yapılacak olan düzeltmelerin çok ağır maliyetler gerektirdiği bilinmektedir. Hem ticari gemilerin hem de savaş gemilerinin tasarım aşamasında gürültü ve titreşim açısından uyması zorunlu ulusal veya uluslararası standartlar ile ilgili ülkenin Loyd kuralları, bir sistem/ekipmanın minimum gürültü/titreşim sağlayacak şekilde gemi bünyesine entegrasyonuna yönelik detaylı uygulama yöntemleri belirtmesine rağmen, geminin vibro-akustik yapısal konstrüksiyonunun nasıl olması gerektiğine ilişkin çok fazla bilgi vermemektedir. Bu tezde yapılan kapsamlı çalışma ile, bir geminin yapısal konstrüksiyonunun yapısal titreşim ve sualtı akustiğinin azaltımını sağlayacak şekilde iyileştirilmesi/optimum hale getirilmesine yönelik olarak, gemilerin tasarımı aşamasında kullanılabilecek alternatif bir vibro-akustik hesaplama yöntem ve metodoloji yaklaşımı sunulmuştur. Aynı yaklaşımın gemilere benzer şekilde tasarlanan diğer platformlar ile yapısal konstrüksiyonu önem arz eden mekanik sistemlerin titreşim ve gürültü açısından iyileştirilmesi amacıyla kullanılabilmesi de mümkündür. Tez çalışmasına vibro-akustik hesaplama yöntem ve teorilerinin irdelenmesi ile başlanacaktır. Takip eden bölümde, gemi konstrüksiyonunu temsilen seçilen bir araştırma gemi yapısı, gürültü/titreşim kaynak yükleri ile modellenerek tüm frekans bandında gemiye ait yapısal titreşim ve sualtı akustik gürültü değerlerinin İstatiksel Enerji Analizi (SEA) ve Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) yöntemi ile (test/ölçüm değerleri ile doğrulanmış olarak) tespit edilmesi sağlanacaktır. Ardından, sualtı akustik izin azaltılması maksadıyla literatürde yapısal titreşim iletim yollarının belirlenmesi için yeni kullanım alanı bulan graf teorisi gemi yapılarına bu anlamda ilk defa uygulanacaktır. Bu amaçla, sualtı akustik gürültünün azaltılmasına yönelik olarak optimum gemi yapısının tespit edilmesi için, dominant transfer iletim yolları (SEA graf yaklaşımı ile) graf teorisi metodu (MPS algoritması) referans çalışmalar baz alınarak yeniden geliştirilecektir. Son olarak, sualtı akustik izin azaltılmasını sağlayacak ve mukavim tekne özelliklerini de kaybetmeyecek optimum (pasif kontrol) yapısal konstrüksiyon belirlenecektir. Bu maksatla, graf teorisi MPS algoritması ile tespit edilen dominant enerji transfer iletim hatları üzerinde belirlenen yapısal konstrüksiyon elemanlarını kullanacak şekilde bir parametrik yaklaşım geliştirilerek, optimum akustik gemi yapısı tasarım çözümleri belirlenecektir. Bu yapı çözümleri, tez kapsamında daha önceden oluşturulmuş olan global gemi SEM ve SEA modellerine uygulanarak optimum akustik yapısal konstrüksiyonun sualtı akustik gürültüde azalım sağladığı gösterilecektir.
Bir kurutma makinesi prosesinin deneysel olarak incelenerek kurutma performansının analiz edilmesi
Çamaşır kurutma makinalarında enerji tüketimi ve kurutma süresi gibi kullanıcıyı etkileyen parametreler önemlidir. Çamaşır kurutma makinası üzerinde deneysel, teorik ve modelleme çalışmaları yaygın olarak yapılmaktadır. Bu tezde, çamaşır kurutma makinasındaki kurutma işleminin deneysel olarak incelemesi amacıyla bir deney tesisatı kurulmuştur. Tesisat çamaşır kurutma makinasının tamburu, elektrikli ısıtıcı, yoğuşturucu batarya, sirkülasyonu fanı ve filtre içeren kapalı bir hava çevriminden oluşmaktadır. Isıtıcı gücü, hava debisi, sıcaklıklar, basınç farkı, yoğuşan su kütlesi, nem oranları vb. ölçümler yapılarak yük miktarına bağlı olarak kurutma süreleri deneysel olarak incelenmiştir. Ayrıca yoğuturucu ünitesi için kütle ve enerji dengesi matematik olarak yazılmış ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Deneylerde standart ebattaki etamin dokulu pamuklu yük kullanılmıştır. Tambur eksenine paralel olarak konulan kuru yükler 2 kg, 4 kg ve 6 kg olarak değiştirilmiş ve hepsinde su miktarı kütlesel olarak %60 oranında sabit tutulmuştur. Aynı ısıtma gücü, fan devir sayısı, tambur devri, yoğuşturucu soğuk su debisi ve giriş sıcaklığı için zamana bağlı olarak anlık yoğuşan su miktarı ölçülmüştür. Yük miktarı arttıkça kurutma süreleride artmaktadır. 2 kg, 4 kg ve 6 kg yükler sırasıyla 75, 111, 147 dakikada kurumaktadır. Kurutma sonunda, başlangıçtaki %60'lık suyun tamamının buharlaştırıldığı görülmüştür. Kurutma süresi için, ısıtıcıda harcanan toplam enerjiye göre her yük için enerji tüketimleri belirlenmiştir. Birim kuru yük başına harcanan kurutma enerjisinin ve kurutma süresinin azaldığı gösterilmiştir. Yükün fazla olduğu durumlarda proses havasına geçen nem miktarı da arttığı için yoğuşan su hızı artmaktadır. Yoğuşturucu ünite için kütle ve enerji dengesi yazılmış, hesaplanarak elde edilen yoğuşan su debisi ile ölçülen su debileri karşılaştırılmıştır. Deneysel olarak ölçülen ve hesaplanan su debiler arasında %18'lık bir sapma olduğu görülmüştür. Yapılan deneylerde yükten çıkan havların filtreyi kısmen tıkaması sebebiyle hava debisi belirgin ölçüde azalmakta olduğu görülmüştür. Yük miktarına bağlı olmaksızın kurutma süreleri sonunda filtrede biriken havların miktarı yaklaşık olarak aynı olmuştur. Hava debisi ısıtıcı giriş ve çıkış sıcaklıkları ölçülerek belirlendiği için hava debisi değişimi kurutma süresi boyunca anlık tespit edilebilmiştir. Sonuç olarak; çalışılan sistemde kurutulan yük miktarının artması, yoğuşan su kütlesel debisinde de artış yaratmaktadır. Yoğuşan su kütlesel debisinin artması ise birim yük miktarının kurutulma süresini ve harcanan ısıtıcı enerjisini azaltmaktadır.