Farklı yüzeyler ve eğim açılarında durgun damlacık buharlaşmasının deneysel, sayısal ve analitik olarak incelenmesi
Experimental, numerical and analytical investigation of sessile droplet evaporation on different surfaces and inclination angles
- Tez No: 931397
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZDEN AĞRA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Isı Proses Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Bu tez çalışmasında doğada ve birçok endüstriyel uygulamada etkili olan damlacık buharlaşması incelenmiştir. Durgun damlacık buharlaşması için matematik ve sayısal model oluşturulup sonuçlar deneysel çalışma ile de doğrulanmıştır. Matematik ve sayısal modellerde ısı ve kütle transferi analizleri yapılmıştır. Deneysel olarak, farklı yüzey pürüzlülük seviyelerine sahip üç farklı katı alt yüzey (cam, plastik ve aluminyum) üzerindeki sabit bir su damlasının buharlaşma karakteristiği araştırılmıştır. Buharlaşma süreci için altı parametrenin etkisi değerlendirildi, bunlar: katı yüzey sıcaklığı (30 °C, 45 °C ve 60 °C), yüzey pürüzlülüğü (P0, P600 ve P60), katı yüzey malzemesinin cinsi (cam, plastik ve aluminyum), damlacık hacmi (3, 5 ve 8 µL), su damlacıklarının başlangıç sıcaklığı (30 °C, 40 °C ve 60 °C) ve katı yüzey eğim açısı (0 derece, 45 derece ve 75 derece) şeklindedir. Taguchi'nin L27 ortogonal dizisi, deneysel çalışmalarda minimum test sayısını belirlemek için kullanılmıştır. Farklı şartlardaki durgun damlacıkların buharlaşma sürelerini belirlemek için Taguchi'den elde edilen veriler varyans analizinde (ANOVA) kullanıldı. Sonuçlar buharlaşma sürelerinin artan katı yüzey sıcaklıkları, artan katı yüzey eğim açısı ve artan başlangıç su damlacığı sıcaklıklarıyla azaldığını göstermektedir. Buna karşılık, buharlaşma sürelerinin artan yüzey pürüzlülüğü ve damlacık hacimleriyle arttığı görülmüştür. ANOVA analizi sonuçlarına göre, yüzey pürüzlülük seviyeleri ve damlacık hacimleri, buharlaşma süresi üzerinde en etkili parametre olan katı yüzey sıcaklıklarından sonra etkili parametreler olarak tespit edilmiştir. Öte yandan, başlangıç su damlacığı sıcaklıkları ve katı yüzey eğim açısının, damlacık buharlaşma süreleri dikkate alındığında daha az etkili olduğu görülmüştür. Buharlaşma süresi için ANOVA analizi ile doğrusal bir regresyon uyumu türetilmiş ve en iyi ortalama sapmanın \%10 olduğu tespit edilmiştir. Deneysel sonuçlar önceki araştırmalarla karşılaştırılmış ve buharlaşma süresinin tüm parametrelerini göze alarak tahmin eden bir korelasyon türetilmiştir. Deneysel çalışmanın yanı sıra OpenFoam programında yatay ve açılı yüzeyler için zamana bağlı buharlaşma süresini hesaplayan bir model oluşturulmuştur. Tez çalışması kapsamında damlacık buharlaşmasına yönelik yapılan deneysel, sayısal ve analitik çalışmaların sonuçları birbiri ile ve literatürdeki çalışmalarla uyumlu sonuçlar vermiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, droplet evaporation, which is effective in nature and many industrial applications, was investigated. A mathematical and numerical model was created for sessile droplet evaporation and the results were also verified by experimental studies. Heat and mass transfer analyses were performed in mathematical and numerical models. Experimentally, the evaporation characteristics of a sessile water drop on three different solid substrates (glass, plastic and aluminum) with different surface roughness levels were investigated. The effects of six parameters for the evaporation process were evaluated, which are: solid surface temperature (30 °C, 45 °C and 60 °C), surface roughness (P0, P600 and P60), type of solid surface material (glass, plastic and aluminum), droplet volume (3, 5 and 8 µL), initial temperature of water droplets (30 °C, 40 °C and 60 °C) and solid surface inclination angle (0 degrees, 45 degrees and 75 degrees). Taguchi's L27 orthogonal array was used to determine the minimum number of tests in experimental studies. The data obtained from Taguchi were used in analysis of variance (ANOVA) to determine the evaporation times of sessile droplets under different conditions. The results showed that evaporation times decreased with increasing solid surface temperatures, increasing solid surface inclination angle and increasing initial water droplet temperatures. On the other hand, evaporation times increased with increasing surface roughness and droplet volumes. According to the ANOVA analysis results, surface roughness levels and droplet volumes were determined as the most effective parameters after solid surface temperatures, which were the most effective parameters on evaporation time. On the other hand, it was observed that initial water droplet temperatures and solid surface inclination angle were less effective when droplet evaporation times were considered. A linear regression fit was derived for evaporation time with ANOVA analysis and the best mean deviation was found to be \%10. Experimental results were compared with previous studies and a correlation was derived that estimated the evaporation time considering all parameters. In addition to the experimental study, a model was created in the OpenFoam program that calculates the evaporation time depending on time for horizontal and angled surfaces. The results of the experimental, numerical and analytical studies on droplet evaporation within the scope of the thesis study gave results that are compatible with each other and with the studies in the literature.
Benzer Tezler
- Bipedal humanoid robot control by fuzzy adjustment of the reference walking plane
Bulanık mantıklı referans yürüyüş düzlemi ayarlaması ile iki bacaklı insansı robot kontrolü
UTKU SEVEN
Doktora
İngilizce
2012
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEMALETTİN ERBATUR
- Experimental investigation of cold-water gravity currents in lakes
Göllerdeki soğuk su yerçekimi akımlarının deneysel olarak incelenmesi
BARIŞ ÖZEN
Doktora
İngilizce
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEVKET ÇOKGÖR
- Understanding the aerodynamics around a set of flying sails using experimental and theoretical techniques
Deneysel ve teorik yöntemleri kullanarak birtakım yelken modellerinin etrafındaki aerodinamik akışın incelenmesi
ERSİN DANIŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA İNSEL
- 6 serbestlik dereceli rotasyonel stewart platformu tasarımı ve yüzey pürüzlülük ölçümlerinde eğim sensörü ile konum kontrolü
Designing 6 degrees of freedom rotary stewart platform and positioning using tilt sensor during the surface roughness measurement
ENES UĞUROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SIDDIK MURAT YEŞİLOĞLU
- Supersonic jet-wall interactions in model rocket launchers
Model roket fırlatıcılarında ses üstü jet-duvar etkileşimi
METİN UÇAK
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İ. BEDRİ ÖZDEMİR