Geri Dön

Tekstil endüstrisinde kullanılan elektrostatik filtre tasarımı ve analizi

Design and analysis of electrostatic filters used in the textile industry

PDF İndir

  1. Tez No: 1022213
  2. Yazar: HALİL KILIÇ
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL TEMİZ, PROF. DR. GARİP GENÇ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Elektrostatik filtre, kanal geometrisi, elektrohidrodinamik akış, parçacık toplama verimi, sayısal modelleme, tekstil endüstrisi, Elektrostatik, Electrostatic filter, channel geometry, electrohydrodynamic flow, particle collection efficiency, numerical modeling, textile industry, Electrostatic
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Marmara Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu doktora tez çalışmasında, tekstil endüstrisinde kullanılan elektrostatik filtre sistemlerinde kanal geometrisinin sistem performansı üzerindeki etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Tekstil terbiye hatlarında gerçekleştirilen kurutma, fikse ve ramöz işlemleri sırasında önemli miktarda partikül içerikli atık gaz oluşmaktadır. Özellikle mikron altı boyuttaki parçacıkların çevre ve insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri nedeniyle bu emisyonların etkin biçimde kontrol edilmesi büyük önem taşımaktadır. Elektrostatik filtreler, düşük basınç kaybıyla yüksek debili gaz akışlarında çalışabilmeleri nedeniyle endüstride yaygın olarak tercih edilmekte; ancak özellikle ince ve submikron boyutlu parçacıkların toplanmasında performans sınırlamaları ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle elektrostatik filtre performansının iyileştirilmesine yönelik yeni tasarım yaklaşımlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Literatürde elektrostatik filtre performansını artırmaya yönelik çalışmaların büyük bölümü elektrot geometrisi, uygulanan gerilim, akış hızı ve çalışma koşulları gibi parametreler üzerine yoğunlaşmaktadır. Buna karşılık kanal geometrisinin elektrik alan dağılımı, iyon taşınımı ve parçacık davranışı üzerindeki etkilerinin sınırlı düzeyde incelendiği görülmektedir. Bu tez çalışmasında, klasik düz kanal yapısına alternatif olarak konkav kanal geometrisi önerilmiş ve bu geometrinin elektrostatik filtre performansı üzerindeki etkileri ayrıntılı biçimde incelenmiştir. Çalışmada kanal geometrisi yalnızca akış yapısını belirleyen pasif bir unsur olarak değil, sistem performansını doğrudan etkileyen aktif bir tasarım parametresi olarak ele alınmıştır. Çalışma kapsamında elektrostatik filtre içerisindeki akış alanı, elektrik alanı, uzay yükü dağılımı, iyon taşınımı ve parçacık hareketi birbirine bağlı çok fizik alanlı bir model kullanılarak analiz edilmiştir. Sayısal çözümlemelerde sonlu elemanlar yöntemi kullanılmış ve analizler COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Akış alanının çözümünde süreklilik ve Navier–Stokes denklemleri [1] kullanılmış, elektrik alan dağılımı ise Poisson denklemi [2] kullanılarak elde edilmiştir. Korona boşalması sonucunda oluşan iyonların taşınımı yük korunumu yaklaşımıyla modellenmiş, parçacık hareketleri ise Lagrange parçacık takip yöntemi [3] kullanılarak çözülmüştür. Modellerde elektrohidrodinamik (EHD) etkileşimler dikkate alınmış ve akış alanı ile elektrik alan arasındaki karşılıklı etkileşim birlikte değerlendirilmiştir. Çalışmada farklı konkavlık oranlarına sahip kanal geometrileri oluşturulmuş ve bu geometrilerin sistem davranışı üzerindeki etkileri parametrik olarak incelenmiştir. Analizlerde elektrik alan dağılımı, iyon yoğunluğu, akış yapısı, parçacık yörüngeleri ve parçacık toplama verimi ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca parçacık boyutu, akış hızı ve çalışma koşullarının sistem performansı üzerindeki etkileri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Sayısal analizler sonucunda kanal geometrisindeki değişimlerin yalnızca akış yapısını değil, aynı zamanda elektrik alanının uzaysal dağılımını ve iyon taşınımını da önemli ölçüde etkilediği belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, konkav kanal geometrisinin elektrik alanın kanal merkez bölgesine daha etkin biçimde nüfuz etmesini sağladığını göstermiştir. Bunun sonucunda parçacıkların yüklenme mekanizmasının iyileştiği ve elektrostatik kuvvet etkisinin arttığı belirlenmiştir. Özellikle mikron altı parçacıkların toplama veriminde belirgin iyileşmeler elde edilmiş ve konkav kanal geometrisinin klasik dikdörtgen kanal yapısına göre daha yüksek performans sağladığı görülmüştür. Ayrıca kanal daralma ve genişleme bölgelerinde oluşan akış değişimlerinin parçacıkların kanal içerisindeki taşınım davranışını doğrudan etkilediği belirlenmiştir. Çalışma kapsamında gerçekleştirilen analizler, elektrostatik filtre performansının yalnızca elektrot yapısı ve işletme koşullarıyla değil, kanal geometrisinin sistematik biçimde tasarlanmasıyla da önemli ölçüde geliştirilebileceğini ortaya koymuştur. Bu yönüyle tez çalışması, elektrostatik filtre tasarımına yönelik geometri temelli yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Elde edilen bulguların tekstil endüstrisinde kullanılan elektrostatik filtre sistemlerinin geliştirilmesine katkı sağlayacağı ve gelecekte gerçekleştirilecek çalışmalara yol gösterici nitelik taşıdığı değerlendirilmektedir.

Özet (Çeviri)

In this doctoral thesis, the effects of channel geometry on the performance of electrostatic filter systems used in the textile industry were numerically investigated. Significant amounts of particulate-laden exhaust gases are generated during drying, fixation, and stentering processes in textile finishing lines. Due to the adverse environmental and health effects of submicron particles, efficient removal of these emissions has become an important engineering requirement. Electrostatic filters are widely preferred in industrial applications because they can operate under high flow rates with relatively low-pressure losses. However, performance limitations are encountered, especially in the collection of fine and submicron particles. Therefore, new design approaches are required to improve the performance of the electrostatic filter. Most studies in the literature aimed at improving electrostatic filter performance mainly focus on parameters such as electrode geometry, applied voltage, gas velocity, and operating conditions. In contrast, the effects of channel geometry on the electric field distribution, ion transport, and particle behavior have been investigated only in a limited number of studies. In this thesis, a concave channel geometry was proposed as an alternative to the conventional rectangular channel configuration, and its effects on the performance of the electrostatic filter were examined in detail. The channel geometry was considered not merely as a passive structural element but as an active design parameter directly affecting system performance. Within the scope of the study, the flow field, electric field distribution, space charge density, ion transport, and particle motion in the electrostatic filter were analyzed using a coupled multiphysics model. Numerical simulations were carried out using the finite element method in COMSOL Multiphysics. Continuity and Navier–Stokes equations were employed for flow analysis, while the electric field distribution was obtained through the Poisson equation. Ion transport generated by corona discharge was modeled using the charge conservation approach, and particle trajectories were solved using the Lagrangian particle tracking method. Electrohydrodynamic interactions were accounted for, and the coupled behavior of the flow and electric fields was evaluated simultaneously. Different channel geometries with various concavity ratios were modeled, and their effects on system behavior were investigated parametrically. Electric field distribution, ion density, flow structure, particle trajectories, and particle collection efficiency were analyzed in detail. In addition, the effects of particle size, flow velocity, and operating conditions on system performance were comparatively evaluated. The numerical results indicated that geometric modifications significantly affect not only the flow structure but also the spatial distribution of the electric field and ion transport mechanisms within the channel. The results demonstrated that the proposed concave channel geometry enabled more effective penetration of the electric field into the channel core region. Consequently, the particle charging mechanism was improved, and the electrostatic force acting on particles increased. Significant improvements in collection efficiency were achieved, particularly for submicron particles, and the concave channel geometry delivered higher performance compared to the conventional rectangular channel structure. Furthermore, flow variations in the channel's contraction and expansion regions were found to directly influence particle transport behavior within the filter. The findings of this study reveal that electrostatic filter performance can be substantially improved not only through electrode configuration and operating conditions but also through systematic design of channel geometry. In this respect, the thesis presents a geometry-based approach for electrostatic filter design. The results obtained are expected to contribute to the development of more efficient electrostatic filtration systems for textile industry applications and to provide guidance for future studies in this field.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    467245

    Multifunctional finishing of textiles by plasma treatment

    Plazma işlemi ile tekstillerin çok fonksiyonlu bitim işlemleri

    MELEK DİNÇMEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NEVİN ÇİĞDEM GÜRSOY

  2. Tez No

    636299

    Fonksiyonel tekstiller geliştirmek amacıyla metal oksit nanoyapıların sentezlenmesi ve kumaşlara uygulanması

    Synthesis of metal oxide nanostructures and application to fabric surfaces towards development of functional textiles

    MERVE KÜÇÜK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA LÜTFİ ÖVEÇOĞLU

  3. Tez No

    496603

    Akrilik polimerlerin ıslanabilirliğinin bazı hidrofilik komonomerler kullanarak artırılması

    Increasing wettability of acrylic polymers using some hydrophilic comonomers

    YASEMİN DAMLIOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Polimer Bilim ve TeknolojisiGaziosmanpaşa Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEMİL ALKAN

  4. Tez No

    791740

    Uçucu kül esaslı aerojel hazırlanması ve organik moleküllerin adsorpsiyonu uygulamalarının araştırılması

    Preparation of fly ash-based aerogel and investigating their adsorption capacity of organic molecules

    ESRA BEDİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Polimer Bilim ve TeknolojisiTobb Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    DOÇ. DR. HATİCE DURAN DURMUŞ

  5. Tez No

    841858

    Magnetik nanokiller kullanılarak metilen mavisi boyar maddesinin sulu çözeltilerden giderimi: Kinetik, denge ve termodinamik çalışmaları

    Removal of methylene blue dyet from aqueous solutions using magnetic nanoclays: Kinetic, equilibrium and thermodynamic studies

    YASİN USTA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Çevre MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ASUDE ATEŞ

Geri Dön