Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen gyroid yapılı ısı eşanjörünün performansının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of the performance of a gyroid heat exchanger produced by additive manufacturing method
- Tez No: 1009300
- Danışmanlar: PROF. GÖKHAN KÜÇÜKTÜRK, PROF. OĞUZ TURGUT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Geleneksel ısı eşanjörlerine kıyasla, Üçlü Periyodik Minimal Yüzey (ÜPMY) yapıları kullanılarak tasarlanan ısı eşanjörleri; sundukları yüksek yüzey/hacim oranı, kompakt yapı, yüksek ısıl performans potansiyeli ve eklemeli imalat teknolojileriyle üretilebilir olmaları nedeniyle son yıllarda mühendislik uygulamaları için giderek daha fazla ilgi görmektedir. Bu tez çalışmasında fonksiyonel derecelendirilmiş gyroid yapıda tasarlanan bir ısı eşanjörünün, hava-su koşullarında ısıl ve akış performansı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda, çapraz akışlı gyroid ısı eşanjörünün performansı farklı hava hızları, su debileri ve sıcak su giriş sıcaklıkları altında incelenmiş; birim zamandaki ısı transfer miktarı (Q), toplam ısı transfer katsayısı (U), ısıl etkinlik (ε), Nusselt sayısı (Nu) ve basınç kaybı (ΔP) parametreleri üzerinden değerlendirme yapılmıştır. Deney sonuçları, hava hızının artışıyla birlikte Q ve U değerlerinin belirgin biçimde arttığını, etkinlik değerlerinin yaklaşık %0,78–0,85 aralığında kaldığını göstermiştir. Deneysel ve sayısal sonuçlar karşılaştırıldığında, Q değerleri için %3–9,7, U değerleri için ise %6–14 aralığında bağıl sapmalar elde edilmiştir. Ayrıca, sabit bağıl yoğunluklu ve fonksiyonel derecelendirilmiş bağıl yoğunluklu gyroid yapılar farklı çalışma koşullarında sayısal olarak karşılaştırılmıştır. Fonksiyonel derecelendirilmiş gyroid yapı, incelenen tüm akışkan konfigürasyonlarında sabit bağıl yoğunluklu yapıya kıyasla daha yüksek Q ve U değerleri üretmiştir. Bu artış, akış yönünde değişen bağıl yoğunluğun oluşturduğu hız gradyanları, artan akışkan karışımı ve güçlenen konvektif ısı transferi ile ilişkilendirilmiştir. Performans Değerlendirme Kriteri (PDK) sonuçları, hava–hava ve hava–su çalışma koşullarında PDK değerlerinin genel olarak 1'in altında kaldığını, dolayısıyla bu konfigürasyonlarda fonksiyonel derecelendirmenin net bir termohidrolik avantaj sağlamadığını;buna karşılık su–su çalışma koşullarında PDK değerlerinin 1'in üzerinde olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Compared to conventional heat exchangers, Triply Periodic Minimal Surface (TPMS)–based heat exchangers have attracted increasing attention in recent years due to their high surface-to-volume ratio, compact geometry, strong potential for enhanced thermal performance, and manufacturability via additive manufacturing technologies. In this thesis, the thermal and flow performance of a functionally graded gyroid heat exchanger was investigated experimentally and numerically under air–water operating conditions. Experimental studies were conducted on a cross-flow gyroid heat exchanger subjected to various air velocities, water flow rates, and hot water inlet temperatures. The performance was evaluated in terms of heat transfer rate (Q), overall heat transfer coefficient (U), thermal effectiveness (ε), Nusselt number (Nu), and pressure drop (ΔP). The experimental results demonstrated that increasing air velocity led to a pronounced increase in both Q and U, while the thermal effectiveness remained within the range of approximately 0.78–0.85. When comparing experimental and numerical results, relative deviations ranging from 3–9.7% for Q values and 6–14% for U values were obtained. Furthermore, uniform-density and functionally graded gyroid structures were numerically compared under various operating conditions. The functionally graded gyroid configuration consistently yielded higher Q and U values than the uniform-density counterpart across all investigated fluid configurations. This improvement was attributed to velocity gradients induced by the streamwise variation in relative density, enhanced fluid mixing, and strengthened convective heat transfer mechanisms. Performance Evaluation Criterion (PEC) results showed that PEC values generally remained below 1 in air-air and air-water operating conditions, indicating that functional grading did not provide a clear thermohydraulic advantage in these configurations; conversely, PEC values were above 1 in water-water operating conditions.
Benzer Tezler
- Numerıcal modelıng of surface ımperfectıons ın addıtıvely manufactured TPMS structures usıng meshless methods
Eklemeli imalatla üretilen TPMS yapılarda yüzey kusurlarının ağsız çözüm yöntemleri kullanılarak sayısal modellenmesi
UTKU ARAS SAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. MESUT KIRCA
- Katmanlı imalat yöntemi ile üretilen kafes yapıların farklı teknikler ile yapısal dayanımın incelenmesi
Investigation of the structural strength of lattice that parts produced with the additional manufacturing method using different techniques
HASAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPEREN ACAR
- Design of additively manufactured hybrid structural brackets via topology optimization
Topoloji optimizasyonu ile eklemeli imalata uygun hibrit yapısal braketlerin tasarımı
CENGİZ KÖSEOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Helikopter transmisyon dişlilerinin kafes tabanlı tasarımı ve titreşim davranışlarının incelenmesi
Lattice-based design of helicopter transmissions and investigation of their vibration behavior
YUSUF SAĞLAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Havacılık ve Uzay MühendisliğiGazi ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HARUN GÖKÇE
- Eklemeli imalat ile üretilen farklı dolgu geometrisi ve yoğunluğa sahip pla esaslı yapıların mekanik davranışlarının deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of mechanical behavior of pla-based structures with different infill geometry and density produced by additive manufacturing
RUKİYE YEŞİLOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA GÜNAY