Geri Dön

Design and characterization of an additively manufactured heat exchanger with triply periodic minimal surface core

Eklemeli imalat ile üretilen üçlü periyodik minimal yüzey yapılı eşanjör tasarımı ve karakterizasyonu

  1. Tez No: 865904
  2. Yazar: BURAK CEVAHİR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ULAŞ YAMAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 107

Özet

Üçlü periyodik minimal yüzey (TPMS) yapıları, geleneksel imalat yöntemleriyle üretilemeyen karmaşık şekillerin üretilmesini mümkün kılan eklemeli imalat alanındaki artan ilgi nedeniyle daha sık kullanılmaktadır. Bağıl yoğunluk, duvar kalınlığı ve hücre boyutu gibi uyarlanabilir özellikleri olan matematiksel olarak düzenlenmiş TPMS bazlı yapılar, mühendislik uygulamalarında ilginç kullanım alanlarına sahip olabilmektedir. Tanımları gereği kapladıkları hacmi iki bölgeye ayırmaları, TPMS bazlı yapıları ısı transferi uygulamalarında oldukça kullanışlı hale getirirken, daha az malzeme ile daha benzer veya daha yüksek parça dayanımları elde edilebilmesi TPMS yapılarını uzay uygulamalarına yönelik hafif tasarımlarda da uygulanabilir kılmaktadır. Bu çalışma, farklı TPMS yapılarının yüksek yüzey alanı/hacim oranından yararlanarak tasarlanan ters akışlı kompakt ısı değiştirgeci (CCHEX) tasarımlarına odaklanmaktadır. Bu çalışmada kullanılan TPMS yapılarının ısı transferi yüzey alanları, çeşitli kısıtlarla belirlenen bir ısı değiştirgeci (eşanjör) hacminde hesaplanmıştır. Birçok farklı tasarım seçeneğinden biri olan Gyroid bazlı bir ısı değiştirgeci, 17-4PH paslanmaz çelik malzeme ile eklemeli imalat ile üretilmiştir. Üretilen ısı değiştirgeci, eklemeli imalat tasarım kriterleri gözetilerek, çıkartılması imkansız olacak olan destek yapılarına ihtiyaç duymayacak şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca, soğuk ve sıcak akışkanların ısı değiştirgecine giriş ve çıkış kısımlarından basınç, sıcaklık ve debi değerlerini okuyabilen bir test düzeneği kurulmuştur. Yapılan testlerin sonuçları, hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonları ile doğrulanmıştır. Bu çalışma, yalnızca kullanılan TPMS yapıları içerisinden geçen laminer akışı kapsamaktadır. Oluşturulan iş akışı kullanılarak, çeşitli TPMS yapıları laminer akış bölgesinde, üretilmeye ve test edilmeye ihtiyaç duymadan termal başarımları ve hacim gereksinimleri açısından analiz edilebilir ve karşılaştırılabilirmektedir.

Özet (Çeviri)

Triply periodic minimal surface (TPMS) structures are being used more frequently as a result of growing interest in additive manufacturing (AM), as intricate shapes like TPMS structures cannot be manufactured using conventional fabrication methods. Having tailorable properties such as relative density, wall thickness and cell size, mathematically regulated TPMS based structures can have intriguing usage in engineering applications. Naturally dividing the volume that they cover into two makes TPMS based structures very handful in heat transfer applications, whereas, having high stiffness values while having less material makes TPMS structures also applicable for light-weighting designs for space applications. This study focuses on a compact counterflow heat exchanger (CCHEX) designed by utilizing the high surface area to volume ratio of different TPMS structures. The heat transfer areas for three different TPMS structures are calculated inside a prescribed heat exchanger volume. Among many other design options, a Gyroid based heat exchanger is manufactured using 17-4 PH. stainless steel powder. The manufactured prototype is designed considering the AM design criteria so that no support structures are needed. Furthermore, a test setup capable of measuring the pressure, temperature, and flow rate data for the fluid sides at the inlet and outlet sections is constructed. Test results are validated using computational fluid dynamics simulations so that many other heat exchanger designs can be evaluated without manufacturing and testing. Using the workflow generated, various types of TPMS structures can be analyzed and compared for their thermal performance and volume requirements in laminar flow region.

Benzer Tezler

  1. 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'

    ABDULLAH BAHLEKEH

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    EnerjiEge Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. LÜTFİYE ALTAY

    DOÇ. DR. MEHMET SARIKANAT

  2. Termik santrallerin döner tip hava ısıtıcılarında kullanılan ısı değiştirici plakalar için emaye kaplama optimizasyonu

    Optimization of enamel coatings on heat exchanger plates used in rotary air preheaters of thermal power plants

    ERDEM GÜNGÖR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU

    DOÇ. DR. ERDEM ATAR

  3. Investigating effects of heat treatment processes on microstructural and mechanical properties of additively manufactured 18Ni300 maraging steel

    Isıl işlemlerin eklemeli imalat ile üretilmiş 18Ni300 maryaşlanma çeliğinin mikroyapısına ve mekanik özelliklerine etkilerinin incelenmesi

    İBRAHİM AYDIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEMİL HAKAN GÜR

  4. An experimental study on contactless support structures for laser powder bed fusion process

    Lazer toz yatak ergitme prosesi için kullanılan temassız destek yapılarının üzerine deneysel bir çalışma

    ALİCAN ÇELİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET ŞEREF SÖNMEZ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ EVREN YASA

  5. Thermal finite element model to compute melt pool dimensions for directed energy deposition additive manufacturing process with experimental validation

    Deneysel doğrulama ile yönlendirilmiş enerji biriktirme eklemeli imalat süreci için ergiyik havuzu boyutlarını hesaplama ile termal sonlu eleman modeli

    KEREM DÖRTKAŞLI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERALP DEMİR