Döngeç (gyroid) yapılı ısı değiştirici sayısal tasarımının analizi ve desteksiz eklemeli imalatı
Analysis of the numerical design of gyroid heat exchanger and its additive manufacturing without support
- Tez No: 1016422
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FARUK KILIÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Energy, Engineering Sciences, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Milli Savunma Üniversitesi
- Enstitü: Alparslan Savunma Bilimleri ve Milli Güvenlik Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Harp Silah ve Araçları Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Silah Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde enerji verimliliği her geçen gün önemli duruma gelmektedir. Ayrıca, sanayideki gelişmeler yeni imalat teknolojilerini de beraberinde getirmektedir. Özellikle eklemeli imalat (Eİ) teknolojileri, bilim ve akademi dünyası için yeni çalışma alanları doğurmaktadır. Bu nedenle tez, eklemeli imalatı, geleneksel imalat ve ısı değiştirici teknolojileri ile kıyaslayarak; daha düşük hacimde yüksek verimlilikte çalışan ısı değiştirici parça önerisini sunmaktadır. Çalışma, gyroid yapılı bir ısı değiştiricinin kavramsal ve mühendislik tasarımıyla başlamış, sayısal analizi ile devam etmiş ve parçanın imalatıyla çalışmalar tamamlanmıştır. İmalat analiz çalışması, eklemeli imalatta keskin köşe, kenar ve kiriş hacimlerde, ısıl ve mekanik gerilmelerin oluştuğunu göstermiştir. İmalat analizinin görsel ve sayısal sonuçları, iki adet gyroid parça üretimi ile doğrulanmış ve yapının üretimi kanıtlanmıştır. Toplanan veriler ile ısı değiştirici imalata uygun olarak yeniden tasarlanmış ve seçici lazer ergitme makinesinde AlSi10Mg toz alaşım ile imal edilmiştir. Sonuçta, gyroid yapının anlaşılmasının zor olması ve devamlı bir eğri yüzeyini içermesi nedeniyle bilgisayar ortamında kısa sürede ve çok hücreli olarak modellenebilmesi için gelişmiş sistemlere ihtiyaç duyulduğu ortaya çıkmıştır. Ancak, elde sınırlı imkanlar ile bu yapıya özel, özgün bir ısı değiştirici tasarlanmıştır. Isı değiştirici tasarımı, 12 çeşit sayısal analiz döngüsü ile performansı test edilmiştir. Soğuk ve sıcak akışkan olarak su kullanılmış, parça dış etkilerden bağımsız tutulmuştur. Analizde katı pürüzlülük değeri 0 (sıfır) olarak belirlenerek bilgisayarın xviii hesaplama işlemi kolaylaştırılmıştır. Yapılan sayısal analiz verilerine göre en yüksek sıcaklık değişimi, sıcak taraf için 90 °C'de, en düşük değer olan 0,02 kg/saniye kütle akış debisinde ve katının 213 W/m.K ısıl iletkenlik katsayısında sağlandığı belirlenmiştir. En iyi sonuca göre sıcak su 90°C girmiş, 56.4316°C çıkmış, soğuk su 20.05°C girmiş 55.3154°C olarak çıkmıştır. Hacmine göre ısı değişim verimliliğinin yüksek olduğu değerlendirilmiştir. Seçici lazer ergitme makinesinde üretilen parçaların en çarpıcı kusurunun pürüzlülük ve alaşım topaklanması olduğu kanıtlanmıştır. Gyroid yapıda bir ısı değiştiricinin, özgün tasarım ve eklemeli imalat ile desteksiz olarak üretilebileceği anlatılmıştır. Uzay, havacılık ve savunma sanayi sistemlerinde diğer ısı değiştiricilere göre hafif ve verimli bir parça olabileceği gösterilmiştir. Gelecekte, gyroid yapılı ısı değiştiriciler ile yapılacak çalışmalar için farklı tasarım ve değişkenlerin gerçek ortamda test edilmesi önerilmiştir. Gyroid yapının mekanik özellikleri nedeniyle savunma sistemleri için zırhlarda veya enerji alanında yakıt hücrelerinde kullanılabilirliği değerlendirilmelidir. Tez içeriğinde“Gyroid”kavramı Türkçeleştirilerek“döngeç”olarak kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Energy efficiency is becoming increasingly important today. Furthermore, advancements in industry are bringing about new manufacturing technologies. Additive manufacturing (AM) technologies, in particular, are creating new areas of research for science and academia. Therefore, this thesis compares additive manufacturing with traditional manufacturing and heat exchanger technologies, presenting a proposal for a heat exchanger component that operates with high efficiency in a smaller volume. The study begins with the conceptual and engineering design of a gyroid heat exchanger, continues with its numerical analysis, and concludes with the fabrication of the component. The fabrication analysis showed that thermal and mechanical stresses occur in sharp corners, edges, and beam volumes during additive manufacturing. The visual and numerical results of the fabrication analysis were validated by the production of two gyroid components, proving the structure's feasibility. Based on the collected data, the heat exchanger was redesigned for fabrication and manufactured using AlSi10Mg powder alloy in a selective laser melting machine. Ultimately, it was revealed that the difficulty in understanding the gyroid structure and its continuous curved surface necessitated advanced systems for rapid and multi-cellular modeling in a computer environment. However, with limited resources, a unique heat exchanger specific to this structure was designed. The heat exchanger design was tested using 12 different numerical analysis cycles. Water was used as both the hot and cold fluids, and the component was kept independent of external influences. In the analysis, the solid roughness value was set to 0 xx to facilitate the computer's calculation process. According to the numerical analysis data, the highest temperature change was achieved at 90°C for the hot side, at a mass flow rate of 0.02 kg/second (the lowest value), and at a thermal conductivity coefficient of 213 W/m.K. The best result was obtained with hot water entering at 90°C and exiting at 56.4316°C, and cold water entering at 20.05°C and exiting at 55.3154°C. The heat exchange efficiency was considered high relative to its volume. It has been proven that the most striking defect of parts produced in selective laser melting machines is roughness and alloy agglomeration. It has been shown that a gyroid-structured heat exchanger can be produced independently using additive manufacturing and a unique design. It has been demonstrated that it can be a lightweight and efficient component compared to other heat exchangers in aerospace and defense industry systems. It is suggested that future studies on gyroid-structured heat exchangers should involve testing different designs and variables in real-world environments. Due to the mechanical properties of the gyroid structure, its potential for use in armor for defense systems or in fuel cells for energy applications should be evaluated. In this thesis, the term“gyroid”has been translated into Turkish as“döngeç”
Benzer Tezler
- Etkileşen bozon yaklaşıklığının U ve Dy izotoplarına uygulamaları
Başlık çevirisi yok
BELGİN KÜÇÜKÖMEROĞLU
Doktora
Türkçe
1992
Fizik ve Fizik MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. HÜSEYİN DİRİM
- Bilgisayarlı görme alanı testinde refraktif düzeltmenin etkisi
Başlık çevirisi yok
MÜRÜVVET AYTEN DÖNGER
- Kocaeli bölgesi heyelan alanlarının incelenmesi
An Investigation of lindslides of the Kocaeli region
HASAN ENDEŞ
- Thermoeconomic optimisation of simple refrigerators
Basit buzdolaplarının termoekonomik optimizasyonu
HALDUN DİNGEÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
1996
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARİF İLERİ