Experimental investigation of effect of usage of nano-fluids on cooling in machining
Nano-akışkan kullanımının talaşlı imalatta soğutmaya etkisinin deneysel olarak araştırılması
- Tez No: 860358
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KEMAL BİLEN, PROF. DR. ABDULMECİT GÜLDAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Talaşlı imalat, kesme, bor yağı, Al2O3, MWCNT, TiO2, nano-akışkan, termo-fiziksel özelik, kesici uç, yüzey sıcaklığı, yüzey pürüzlülüğü, Machining, cutting, boron oil, Al2O3, MWCNT, TiO2, nano-fluid, thermo-physical property, cutting insert, surface temperature, surface roughness
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Talaşlı imalat sektörü başta olmak üzere endüstrinin çeşitli alanlarında mineral esaslı bor yağı ve su karışımı; kesme sırasında oluşan ısıyı ortamdan tahliye ederek kesici takımın aşınmasını engellemek, iş parçası yüzeyindeki ısıl gerilmeleri azaltmak ve takım ile talaş ara-yüzeyindeki sürtünmeyi iyileştirmek için kullanılmaktadır. Akışkanlara eklenen nano-parçacıkların, ilgili akışkanların yoğunluk, viskozite ve ısı iletim katsayısı gibi termo-fiziksel özeliklerinde iyileştirmeler yaptığına dair çalışmalar mevcuttur. Bu hususlar dikkate alınarak bu deneysel çalışmada; alüminyum dioksit (Al2O3), çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) veya titanyum dioksit (TiO2) nano-parçacıkları, hacimsel olarak yüzde 7 bor yağı ve yüzde 93 su içeren ve düşük viskozitede olan bor yağı ve su karışımına hacimsel olarak yüzde 0.5, yüzde 1.0 ve yüzde 1.5 oranlarında eklenmesiyle nano-akışkanlar elde edilmiştir. Elde edilen nano-akışkanların belirtilen termo-fiziksel özelikleri çeşitli sensörler ve reometre ile ölçülmüştür. Ayrıca, bu nano-akışkanlar kullanılarak Ti-6Al-4V malzemesi üzerinde, sabit kesme parametreleri yardımıyla tornalama ile talaşlı imalat deneyi yapılmış ve takım ile talaş ara-yüzeyindeki sıcaklık dağılımı bir termal kamera yardımıyla gözlemlenmiş ve ayrıca nano-akışkan kullanımının yüzey pürüzlülüğüne etkisi ölçülmüştür. Çalışma sonucunda; nano-parçacık derişiminin artmasının, 24.5 santigrat sabit sıcaklıktaki nano-akışkan yoğunluğunu doğal olarak sürekli artırdığı, ancak dinamik viskozite ve ısı iletim katsayısında durumun böyle olmadığı ve hacimce yüzde 1 derişimden itibaren özeliklerde azalma eğilimi oluştuğu gözlemlenmiş, bu durumun çökelme ve tortu oluşumundan kaynaklandığı tespit edilmiştir. Kesici takım ve iş parçası ara-yüzeyinde, hacimce yüzde 0.5 MWCNT nano-parçacığı içeren nano-akışkan kullanıldığında yaklaşık yüzde 18 sıcaklık düşüşü gözlemlenmiştir. Ayrıca, çökelme ve tortu oluşumlarından dolayı nano-parçacıkların hacimce derişiminin artırılmasıyla kesme sıcaklığı ve yüzey pürüzlülüğündeki değerlerin iyileşmediği, tam aksine kötüleştiği tespit edilmiştir. Optimum değerlerde nano-parçacık kullanımıyla yüzey pürüzlülüğünde de yaklaşık yüzde 25'lik bir iyileşme tespit edilmiştir. Sonuç olarak, nano-parçacıkların hacimsel katkı oranı belirli bir değeri aştığında, nano-akışkanların talaşlı imalatta istenen iyileşmeleri sağlamadığı, ancak optimum karışım oranlarında kullanıldığında istenen iyileştirmeleri sağlayabildiği tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In various areas of the industry, especially in the machining sector, mineral-based boron oil and water mixture is used to prevent cutting tool wear by evacuating the heat generated during cutting, reduce thermal stresses on the workpiece surface, and improve friction at the tool and chip interface. There are studies showing that nano-particles added to fluids improve the thermo-physical properties of the fluids such as density, viscosity, and thermal diffusivity. In this experimental study, nano-fluids were obtained by adding aluminum dioxide (Al2O3), multi-walled carbon nanotube (MWCNT) or titanium dioxide (TiO2) nano-particles at 0.5 percent, 1.0 percent, and 1.5 percent by volume to a low viscosity boron oil and water mixture containing 7 percent boron oil and 93 percent water. The thermo-physical properties of the obtained nano-fluids were measured with various sensors and rheometers. In addition, a turning machining experiment was carried out on Ti-6Al-4V material using these nano-fluids with fixed cutting parameters and the temperature distribution at the tool and chip interface were observed with the help of a thermal camera and the effect of the use of nano-fluids on surface roughness was also measured. As a result of the study, it was observed that increasing the concentration of nano-particles, naturally, continuously increases the density of the nano-fluid at a constant temperature of 24.5 celsius, but this is not the case for dynamic viscosity and thermal diffusivity, and there is a tendency to decrease the properties from 1 percent concentration by volume, which is due to precipitation and sedimentation. Approximately 18 percent temperature reduction was observed when using the nano-fluid containing 0.5 percent MWCNT nano-particles by volume at the cutting tool and workpiece interface. It was also found that values of cutting temperature and surface roughness did not improve with increasing the volume concentration of nano-particles due to precipitation and sediment formation, but on the contrary, deteriorated. With the using of nano-particles at optimum values, an improvement of approximately 25 percent in surface roughness was also detected. As a result, it has been determined that when the volumetric admixtion rate of nano-particles exceeds a certain value, nano-fluids do not provide the desired improvements in machining but they can provide the desired improvements when used at optimum admixtion rates.
Benzer Tezler
- Experimental investigation effect of using nano fluid on thermal performance in solar collectors
Nano akışkan kullanımının güneş kollektöründe termal performans üzerine etkisi- deneysel araştırma
REBWAR FAIQ ABDULMAJEED TALBANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiBingöl ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÜSAME DEMİR
DR. SAMİR MUSTAFA HAMAD
- Comparative analysis of solvent effects on ZIF-8 features via solvothermal synthesis for enhanced drug delivery applications
Geliştirilmiş ilaç sağlama uygulamaları için solvotermal sentez yoluyla ZIF-8 özellikleri üzerindeki çözücü etkilerinin karşılaştırmalı analizi
MOHAMMAD HOSEIN HASANLOO MOHSENI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SİRKECİOĞLU
- Otomobil radyatöründe TiO2 esaslı nanoakışkan kullanımının ısı transfer performansı üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of TiO2 based nanofluid usage on heat transfer performance in automobile radiator
SEZGİ KOÇAK SOYLU
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM ATMACA
- Gövde borulu ve plakalı ısı değiştiricilerinde farklı nanoakışkanların ısıl performansa etkisinin sayısal ve deneysel araştırılması
Numerical and experimental investigation of the effect of different nanofluids on thermal performance in shell and tube and plate heat exchangers
ÖMER KARATUTLU
Doktora
Türkçe
2024
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GAMZE GENÇ
- Mini kanalda nanoakışkan kullanımının ısı transferine etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of nanofluid usage on heat transfer in mini channel
UĞUR DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN TOPUZ