Processing and characterization of high performance piping materials for geothermal applications
Jeotermal uygulamalar için yüksek performanslı boru malzemelerinin prosesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 134287
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. METİN TANOĞLU, YRD. DOÇ. DR. GÜLDEN GÜNERHAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Borular, Dayanım, Jeotermal enerji, Mekanik özellikler, Polimer kompozitler, Pipes, Strength, Geothermal energy, Mechanical properties, Polymer composites
- Yıl: 2003
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji ve Güç Sistemleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
oz Polimer kompozit esaslı borular, günümüzde jeotermal sıvıların taşınmasında kullanılmaktadır. Kompozitlerin kullanılması, kuvvetli ve dizayn esnekliğine sahip olmasıyla birlikte onların agresif kimyasallara ve sıcak-nemli ortama direnç gösterebilmesinden kaynaklanmaktadır. Malzemelerin yük altında yüksek sıcaklık ve nemli ortamlara maruz bırakılması onların bozulması ve özelliklerinde ve servis ömürlerinde bir düşüşe neden olabilmektedir. Farklı sıcaklık ve sıvı kimyasına (jeotermal sıvılarda dahil) maruz bırakılmış kompozitlerdeki kompleks bozunum mekanizmaların anlaşılması dayanıklılıklarının geliştirilmesi için gerekmektedir. Bu araştırma, jeotermal sıvıyla değişik matriks malzemelerden oluşan kompozit borular arasındaki etkileşiminin ve bu kompozitlerdeki bozunum mekanizmaları üzerinde odaklanmıştır. Matriks malzemeleri polyester, epoksi ve karbon parçacıkları eklenmiş epoksileri ihtiva eder. Bu çalışmada E tipi cam fiberle güçlendirilmiş polimer kompozitler, filament sarma ve tüp sarma teknikleriyle üretilmişlerdir. Üretilen kompozit boru ve katkısız matriks polimerleri kuru ortam ile saf su ve Balçova jeotermal alanındaki jeotermal sıvıya su emmeleri için doygunluğa ulaşıncaya kadar maruz bırakılmıştır. Ayrıca, sıcak-nemli ortamlar altında matriks polimerlerindeki bozunumun simulasyonun ve izlenmesi için katkısız polimer numuneler hazırlanmıştır. Numuneler su doygunluğuna ulaştığı vakit mekanik basma testine tabi tutulmuştur. Kuru ve nemli numuneler için, stress-uzama davranışları, elastik modülleri, kırılma noktasındaki uzama değerleri ve enerji emme miktarlarının bulunması için mekanik testler gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, farklı ortamlara maruz bırakılmış numunelerin özelliklerindeki düşüşün değerlendirilmesi için karşılaştırılmıştır. Bununla birlikte, üretilen farklı tipteki kompozitlerin ısı kayıpları ve sıcaklık dağılımlarının analizi için ısıl iletkenlik katsayıları bu çalışmada ölçülmüştür. îzolasyonsuz farklı malzemelerden oluşan boruların kesitlerindeki sıcaklık dağılımları LUSAS bilgisayar programı kullanılarak analiz edilmiştir. Sıcak jeotermal sıvıların taşınmasında oluşan ısı kayıpları da hesaplanarak, kompozit borularla geleneksel olarak kullanılan boru malzemeleri karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın sonucunda, polyester kompozit boruların diğer epoksi kompozit borulara göre eksenel ve radyal baskı altında daha yüksek mekanik performansa sahip olduğu bulunmuştur. Ayrıca, her tipteki kompozit boruların sıcak-nemli ortama maruz ivbırakıldıktan sonra mekanik ve termal özelliklerinde önemli derecede bir düşüş olduğu gözlenmiştir. Bu düşüşün en az su çekme değerine sahip olan karbon parçacıkları eklenmiş epoksi kompozitlerde daha az olduğu görülmüştür. Bu karbon parçacıkları matriksin su emmesini ve epoksinin ısıl iletkenlik katsayısını etkilediği görülmüştür. Polyester kompozit boruların performansındaki düşüşün en yüksek mertebede olması diğer tip borulara oranla daha fazla su emme özelliği ile bağlantılandırabilinir. Bununla beraber karbon parçacıklarının ısıl iletkenlik katsayısında düşüşe neden olduğu ve aynı zamanda izolasyonsuz borularda oluşan ısı kayıplarını azalttığı gözlenmiştir. Ancak izolasyon kullanıldığı zaman malzemenin cinsinin ısı kayıplarında fazla bir etkisi olmadığı görülmüştür.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT Polymer composite based pipes are being recently utilized in transportation of geothermal fluids. The utilization of composites is due to their resistance to aggressive chemicals and hot-wet environment with relatively high specific strength and design flexibility. Exposure of materials to wide range of temperatures and humidity level, while under the action of load, may degrade them and cause to severe reduction in their properties and service life. Understanding the complex degradation mechanism of the composites exposed to a variety of temperature and fluid chemistry (including geothermal fluid) is essential to improve their durability. This research focuses on the investigation of interactions between geothermal fluid and composite piping materials made of various matrices and the mechanism of degradation in these composites. The matrix materials include polyester, epoxy and graphite particle added epoxy materials. In this study, E-glass fiber reinforced polymer composites were fabricated by employing filament winding and tube rolling techniques. Fabricated composites and neat polymers were exposed to dry environment, distilled water and geothermal fluid of Balçova geothermal field until the saturation of weight gains due to water uptakes. In addition, the specimens with neat polymers were prepared to simulate and follow the degradation of matrix materials under hot-wet environments. Once the saturation occurred, the specimens were subjected compressive mechanical testing. For both dry and wet specimens, the mechanical testing was performed to obtain stress-strain behavior, modulus of elasticity, strain at failure values and energy absorption during the loading. The results were compared to evaluate the degradation of the properties due to various exposures. Moreover, the thermal conductivity of the various composites fabricated in this research was measured to determine the heat losses and temperature distribution within the materials. The temperature distribution within the cross-section of the pipes for various materials was analyzed using a finite element-modeling tool, LUSAS for uninsulated pipes. The heat loss occurring during the transportation of hot geothermal fluid was calculated as a case study to compare composites and traditional metal piping. It was found that polyester composite pipes have higher mechanical performance under axial and radial compression as compared to the composite with epoxy matrices. For all the composite types, some considerable degradations were umeasured due to exposure to hot-wet environments. The oxtend of degradation was less for graphite particles added epoxy composite pipes that exhibited the lowest water uptake values. The graphite particles incorporated into the matrix affected the water uptake and thermal conductivity of the epoxy. The water uptake of polyester matrix composite pipes was the highest that might be related to the most extensive degradation of polyester based composite. Moreover, it was found that the thermal conductivity of the composites is much lower than traditional materials. The graphite particles cause reduction in thermal conductivity, simultaneously in heat loss for uninsulated pipes. However, if the isolation is used, heat loss is not sensitive to pipe material. m
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of ultra high performance cnts/pei nanocomposite filaments for additive manufacturing
Eklemeli imalat için ultra yüksek performanslı iletken nanokompozit filamanların üretimi ve karakterizasyonu
ÖZGE KAYNAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF ÖZDEN YENİGÜN
- Processing and characterization of cocufeni based high entropy alloys
Cocufeni esaslı yüksek entropili alaşımların üretimi ve karakterizasyonu
BURAK KÜÇÜKELYAS
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
PROF. DR. DENİZ UZUNSOY
- Havacılık standartlarına uygun yüksek performanslı peek polimer harmanlarının hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of high-performance peek polymer blends in compliance with aerospace standards
SELİN ARICAN
Doktora
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İNCİ SALT
- Processing and characterization of brick-and-mortar structured bulk bio-inspired composites
Biyolojik malzemelerden esinlenilmiş tuğla-ve-harç yapılı hacimli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
SELEN NİMET GÜRBÜZ
Doktora
İngilizce
2013
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARCAN FEHMİ DERİCİOĞLU
- Processing and characterization of square-shaped B4C-ZRB2 composites reinforced with gnp via spark plasma sintering
Gnp takiyeli kare şeklinde B4C-ZRB2 kompozitınin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretımi ve karakterizasyonu
BEHRAD MOKHTARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN