Ultrasonik frekanslarda çalışan termoakustik soğutucu tasarımı
Design and development of a thermoacoustic refrigerator operating at ultrasonic frequencies
- Tez No: 1016567
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ÇİÇEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, çevre dostu, hareketli parça içermeyen ve sessiz çalışma prensibine sahip bir ultrasonik termoakustik soğutucu sistemin tasarımı, sayısal analizi ve deneysel olarak doğrulanması gerçekleştirilmiştir. Termoakustik sistemler, ses dalgaları aracılığıyla ısı enerjisinin bir uçtan diğerine taşınmasına dayanan alternatif bir soğutma yaklaşımı sunmakta olup, geleneksel buhar sıkıştırmalı sistemlere kıyasla çevresel etkileri son derece düşük, uzun ömürlü ve düşük bakım gereksinimine sahip cihazlar olarak öne çıkmaktadır. Bu bağlamda çalışmanın temel amacı, ultrasonik frekanslarda (yaklaşık 20 kHz) çalışan kompakt bir termoakustik soğutucunun hem teorik hem de deneysel açıdan optimize edilmesidir. Sistem tasarımı sürecinde akustik alan dağılımı, termoviskoz kayıplar ve ısı transfer mekanizmaları Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) ile çoklu fiziksel etkileşimler dikkate alınarak modellenmiştir. Analizler sonucunda piezoelektrik sürücünün rezonans frekansı 19.74 kHz olarak belirlenmiş, rezonatör yüksekliği 8.69 mm, yığın uzunluğu 4 mm ve kanal çapı 1.5 mm olacak şekilde optimize edilmiştir. Sayısal simülasyonlar sonucunda rezonatör içinde maksimum akustik basınç 4.8 kPa, ses basınç düzeyi 154 dB SPL ve akustik parçacık hızı 0.72 m/s olarak hesaplanmıştır. Üretilen sistemde yığın, iki tarafı bakır kaplı 1.5 mm kalınlığında baskı devre kartına CNC ile açılan mikrodeliklerden imal edilmiş, rezonatör ve bağlantı elemanları ise reçineli üç boyutlu yazıcıyla üretilmiştir. Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Akustik Araştırma Laboratuvarı'nda yapılan deneylerde, sistemin sıcak ve soğuk ısı değiştiricileri arasında ortalama 3.8 °C sıcaklık farkı elde edilmiştir. Deneysel bulguların sayısal modelle %95'in üzerinde uyum göstermesi, tasarımın doğruluğunu kanıtlamaktadır. Elde edilen sonuçlar, ultrasonik termoakustik soğutucuların düşük güçlü, taşınabilir ve mikro ölçekli soğutma uygulamaları için yüksek potansiyel taşıdığını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the design, numerical analysis, and experimental validation of an environmentally friendly, maintenance-free, and silent ultrasonic thermoacoustic refrigerator have been carried out. Thermoacoustic systems provide an alternative cooling approach based on the bidirectional interaction between heat and acoustic energy, offering long operational life and low maintenance requirements compared to conventional vapor-compression systems. The primary objective of this study is to optimize a compact thermoacoustic refrigerator operating at ultrasonic frequencies (around 20 kHz) through both theoretical and experimental methods. During the design process, the acoustic field distribution, thermoviscous losses, and heat transfer mechanisms were modeled using the Finite Element Method (FEM), taking into account multiphysics interactions. As a result of the analyses, the resonance frequency of the piezoelectric driver was determined as 19.74 kHz, while the optimized geometric parameters were defined as a resonator height of 8.69 mm, stack length of 4 mm, and channel diameter of 1.5 mm. Numerical simulations yielded a maximum acoustic pressure of 4.8 kPa, a sound pressure level of 154 dB SPL, and an acoustic particle velocity of 0.72 m/s inside the resonator. The stack component was fabricated from a 1.5 mm thick printed circuit board with periodic micro-holes drilled by CNC, while the resonator and supporting components were produced using a resin-based 3D printer. Experimental tests conducted at the Acoustics Research Laboratory of Burdur Mehmet Akif Ersoy University demonstrated a temperature difference of approximately 3.8 °C between the hot and cold heat exchangers. The experimental results showed over 95% agreement with the numerical predictions, confirming the accuracy of the proposed design. These findings indicate that ultrasonic thermoacoustic refrigerators have significant potential for use in low-power, portable, and micro-scale thermal management applications.
Benzer Tezler
- Characterization of directixity patlems of ultrasonic non-destructiva testing probco
Ultrasonik tahribatsız muayene problarının yöneltme modellerinin tanımlanması
AYDIN ÜLKER
- Ses ötesi tezmizlik cihazı ölçümleri sonuçları analizi
Measurements and analysis of results of cleaning device
CEM TUNC
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. METİN HÜNER
- Termoplastiklerin ultrasonik kaynağı için L ve LT modlarında çalışan rezonatör tasarımı
Design of resonator which operates L and LT modes for ultrasonic welding of thermoplastics
BEYZA GAVCAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CELALETDİN ERGUN
- Özyinelemeli tek yan bantlı genlik modülasyonunun modelleme yoluyla geliştirilmesi
Improvement of recursive single sideband amplitude modulation through modeling
DOĞUHAN EREN KARACAN
Doktora
Türkçe
2024
MüzikAnkara Müzik ve Güzel Sanatlar ÜniversitesiMüzikoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHMAN TARİKCİ
- Taguchi tasarımı kullanılarak buğday ruşeymi protein hidrolizatlarının üretilmesi ve karakterize edilmesi
Production and characterization of wheat germ protein hydrolysates using taguchi desi̇gn
AYŞENUR ORAKCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Gıda Mühendisliğiİstanbul Sabahattin Zaim ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM GÜLSEREN
