Yüksek sıcaklık dayanımlı, termal iletkenliği yüksek karbon fiber ve grafit takviyeli kompozit malzemelerden bir ısı değiştiricisi geliştirilmesi ve ısıl performansının tespiti
Development and thermal performance of a heat exchanger from high temperature resistant, high thermal conductive carbon fiber and graphite reinforced composite materials'
- Tez No: 845930
- Danışmanlar: DOÇ. DR. LÜTFİYE ALTAY, DOÇ. DR. MEHMET SARIKANAT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 172
Özet
Bu tez çalışmasında, Fused Deposition Modeling (FDM) eklemeli imalat yöntemine uygun yüksek sıcaklığa dayanıklı polimer tabanlı karbon fiber ve grafit katkılı kompozit filamentler üretilmiş ve bu kompozit malzemeden bir plakalı ısı değiştiricisi tasarlanmış ve eklemeli imalat yöntemi ile üretilerek performans deneyleri yapılmıştır. Bu kompozit malzemelerde matris olarak yumuşama sıcaklığı yüksek poliamid 46 (PA46) termoplastik malzemesi kullanılmıştır. Zift tabanlı karbon fiberin üstün termal ve mekanik ve sentetik grafitin üstün termal özelliklerinden faydalanılarak düzlemsel ve kalınlık doğrultusunda termal iletkenliği yüksek termoplastik tabanlı malzeme geliştirilmiştir. Farklı karbon katkılarının kullanılmasının amacı, kalınlık ve düzlem boyunca termal iletkenlik ağının daha iyi kurulmasıdır. Geliştirilen malzemelerin mekanik ve termal karakterizasyonu yapılarak özellikleri tespit edilmiş ve sinerjik etkileri incelenmiştir. Geliştirilen malzemenin termal ve mekanik özelliklerine göre plakalı ısı değiştiricisi tasarımı yapılmış ve FDM eklemeli imalat yöntemiyle plakalı ısı değiştiricisi üretimleri gerçekleştirilmiştir. Bu projede üretilmiş olan karbon fiber ve sentetik grafit takviyeli PA46 termoplastik tabanlı malzeme kullanılarak bir plakalı ısı değiştiricisi tasarımı ve FDM eklemeli üretimi yapılması ve performans testlerinin gerçekleştirilmesi bu çalışmanın en önemli özgünlüğünü oluşturmaktadır. Isı değiştiricinin geometrik parametrelerinin belirlenmesi, ısı değiştiricinin termal-hidrolik performansı üzerinde önemli etkilere sahiptir. Bu çalışmada, bir plakalı ısı değiştiricinin geometrik parametrelerinin termohidrolik performans üzerindeki etkileri, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. 500 ile 3000 arasında değişen Reynolds sayıları için çeşitli oluk açıları (β) ve en boy oranları (2b/λ) olan 8 farklı oluklu kanal geometrisi üzerinde parametrik çalışmalar yapılmıştır. Tüm bir sıvı kanalı, aynı kütle akış hızı ve Reynolds sayısı kullanılarak sayısal olarak incelenmiştir. Çalışma sonucunda sıcaklık dağılımı, basınç gradyanı, hız, türbülanslı kinetik enerji dağılımı, Nusselt sayısı, sürtünme faktörü ve akış özellikleri her bir durum için karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Sinüzoidal olukların, türbülans yoğunluğunu arttırdığı ve en-boy oranının artmasına tepki olarak termal sınır tabakasının azalmasına ve konveksiyon ısı transferinin artmasına yol açan dönen akışı desteklediği belirlendi. Çalışmanın sonuçları, (HAD) modelinin 3B kontur grafiklerini, akış çizgilerini görüntülemek ve performans parametrelerini belirlemek için makul ve etkili bir teknik olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this dissertation study, a high temperature resistance and thermally conductive polymer-based hybrid composite with carbon fiber and synthetic graphite filler has been developed suitable for FDM additive manufacturing method. Then a plate heat exchanger has been manufactured using FDM additive manufacturing technology and its thermohydraulic performance investigations have been done and compared numerically and experimentally. Polyamide 46(PA46) thermoplastic material due its high softening temperature has been used as matrix in this composite material. By utilizing the superior thermal conductivity and strong mechanical properties of pitch-based carbon fiber and the high thermal conductivity of synthetic graphite, a thermoplastic-based composite material with high thermal conductivity in the plane and through plane directions has been developed. Purpose of using different carbon additives is to better establish thermal conductivity network across the through plane and in plane directions. The properties of the developed materials were determined by performing mechanical and thermal characterization study and their synergistic effects were examined. A plate heat exchanger was designed based to the thermal and mechanical properties of the developed composite material, and a plate heat exchangers were produced using the FDM additive manufacturing method. Design and development of A plate heat exchanger for FDM additive manufacturing technology using the carbon fiber and synthetic graphite reinforced PA46 thermoplastic-based material and its numerical and experimental thermohydraulic performance investigation constitute the most important originality of this study. Determination of the geometrical parameters of the heat exchanger has important effects on the heat convection and pressure drop. In this study, the effect of geometric parameters of a plate heat exchanger on thermal performance was investigated using computational fluid dynamics (CFD). Parametric studies were carried out for 8 different geometries for different çevron angles (β) and aspect ratios (2b/λ) of the heat exchanger. An entire fluid channel is simulated using the same mass flow rate and the Reynolds number. As a result of the study, pressure, velocity, Nu number, fluid temperatures, friction factor, and flow characteristics were evaluated comparatively for each case. It was determined that the boundary layer decreased and turbulence increased in response to the increasing aspect ratio. The results of the study show that the (CFD) model is a reasonable and effective technique for displaying 3B contour plots, streamlines, and determining performance parameters.
Benzer Tezler
- Poli(hekzametilen adipamit) (Poliamid 66) esaslı karbon lifi üretimi sırasında antioksidan kullanımının termal stabilizasyon ve karbonizasyon aşamalarına etkilerinin araştırılması, yapısal ve mekanik özelliklerin karakterize edilmesi
The investigation of the effects of the use of antioxidant during the fabrication of poly(hexamethylene adipamide) (Polyamide 66) based-carbon fiber on the thermal stabilization and carbonization stages and characterization of structural and mechanical properties
LEVENT ERZURUMLUOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KARACAN
- Design and characterization of aromatic thermosettingcopolyester resin for polymer matrix nanocomposites
Aromatik termosetin tasarımı ve karakterizasyonupolimer matrisli nanokompozitler için kopoliester reçine
METE BAKIR
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiUniversity of Illinois at Urbana-ChampaignMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IWONA JASIUK
- Alifatik naylon 6 liflerinin karbon lif üretiminde hammadde olarak değerlendirilmesi ve karakterize edilmesi
Fabrication and characterization of carbon fibers from aliphatic nylon 6 precursor fibers
HEKİME MEŞELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KARACAN
- Grafen nanotüp ve cam elyafla güçlendirilmiş LED ile kürlenen polyester kompozit üretiminin araştırılması
Investigation of production of glass fiber and graphene nanotube reinforced LED curing polyester composite
AZİME SUBAŞI
Doktora
Türkçe
2023
Mühendislik BilimleriDüzce ÜniversitesiDisiplinlerarası Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET EMİROĞLU
DOÇ. DR. AHMET DEMİR
- A review and evaluation of development in exploration, production, reserves estimation, and research efforts for shale gas and oil
Şeyl gazı ve petrolü için arama, üretim, rezerv kestirimive araştırma çalışmalarının incelenmesi ve değerlendirilmesi
OSMAN MOHAMMED
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM METİN MIHÇAKAN