Farklı helis yapılarında çapraz akışlı ısı değiştiricinin box-Bhenken deney tasarımı uygulanarak yapay sinir ağları ve yüzey yanıt yöntemiyle ısı transferi ve akış performans optimizasyonu
Performance optimization heat transfer and flow in a cross-flow heat exchanger with different helical structures through box-Bace methodology
- Tez No: 946761
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EDA FEYZA AKYÜREK, PROF. DR. İSAK KOTCİOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erzurum Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 176
Özet
Bu çalışma, çapraz akışlı bir ısı değiştiricide farklı helisel kanatçık yapılarına sahip levhaların termal-hidrolik performansını Box-Bhenken deney tasarımlıyla deneysel, sayısal ve yapay zekâ tabanlı yöntemlerle incelemektedir. Üç farklı helisel kanatçık tipi (tek, iki ve üç ağızlı), her biri için sağ ve sol helis yönlerinde CNC ile üretilmiş yapıların, sıralı ve kaydırılmış levha dizilimlerinde kullanılmasıyla 12 konfigürasyon oluşturulmuş; bu yapıların türbülatörlü ve türbülatörsüz halleriyle birlikte toplam 24 farklı konfigürasyon değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında toplam ısı transfer katsayısı (U), taşınım katsayısı (h), ΔT (hava), ΔT (ln), ΔP (hava), Nusselt Sayısı, Reynolds Sayısı, f faktör, colburn j faktör, Stanton Sayısı, Termal Performans Faktörü (TPF), entropi (S) ve ekserji (X) değişimleri elde edilmiştir. Çalışmada ayrıca Solidworks, Spaceclaim, ANSYS Fluent, Fluent Meshing ve Discovery yazılımları ile sayısal olarak karşılaştırılmıştır. Ayrıca MATLAB ortamında geliştirilen Yapay Sinir Ağı (YSA) ve Yanıt Yüzey Yöntemi (YYY) modelleri ile sistem performansı modellenmiş ve optimize edilmiştir. RSM ile geliştirilen regresyon modelleri, özellikle Reynolds sayısının tahmininde istisnai bir başarı göstermiştir (R² ≈ 1.00, p < 10⁻¹²). Diğer parametrelerde de yüksek doğruluk elde edilmiştir: Nusselt sayısı için R² ≈ 0.90, sürtünme faktörü için R² ≈ 0.97 ve Colburn j faktörü için R² ≈ 0.94 olup, türbülans etkisiyle oluşan hata oranları %8–12 arasında değişmiştir.
Özet (Çeviri)
This study investigates the thermal-hydraulic performance of a cross-flow heat exchanger equipped with various helical fin structures by means of experimental, numerical, and artificial intelligence-based approaches utilizing the Box-Behnken design methodology. Three types of helical fins (single-port, double-port, and triple-port), each manufactured via CNC machining in both clockwise and counter-clockwise helical orientations, were arranged in sequential and staggered plate configurations, resulting in 12 distinct designs. Considering both with and without turbulator conditions, a total of 24 different configurations were evaluated. Experimental analyses yielded results for the overall heat transfer coefficient (U), convective heat transfer coefficient (h), air-side temperature difference (ΔT), logarithmic mean temperature difference (ΔT_lm), pressure drop (ΔP), Nusselt number (Nu), Reynolds number (Re), friction factor (f), Colburn j-factor, Stanton number (St), thermal performance factor (TPF), entropy generation (S), and exergy variation (X). The system was also numerically analyzed using SolidWorks, SpaceClaim, ANSYS Fluent, Fluent Meshing, and ANSYS Discovery software to validate and compare the results. Furthermore, performance modeling and optimization were conducted through Artificial Neural Networks (ANN) and Response Surface Methodology (RSM) developed in MATLAB. The regression models developed using the Response Surface Methodology (RSM) demonstrated exceptional accuracy in predicting the Reynolds number (R² ≈ 1.00, p < 10⁻¹²). High predictive performance was also achieved for other parameters: Nusselt number (R² ≈ 0.90), friction factor (R² ≈ 0.97), and Colburn j-factor (R² ≈ 0.94), with turbulence-induced error rates ranging between 8% and 12%.
Benzer Tezler
- Silk fibroin-based smart organohydrogels
İpek fibroin esaslı akıllı organohidrojeller
ÇİĞDEM BUSE ORAL
- Experimental and numerical investigation of flapping airfoils interacting in various arrangements
Çırpan kanat profillerinin çeşitli yerleşimler için etkileşimlerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
SALİHA BANU YILMAZ
Doktora
İngilizce
2021
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET FEVZİ ÜNAL
PROF. DR. MEHMET ŞAHİN
- Katkısız ve ZnO nanoparçacık katkılı NIPAM nanojellerininsentezlenmesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of undoped and ZnO nanoparticles doped NIPAM nanogels
OĞUZ GÜRCÜOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU
- Design of vibration isolation systems that incorporate axial to rotary motion conversion mechanisms
Eksenel hareketi dönme hareketine çeviren atalet artırım mekanizması tasarımı
ADİL HAN ORTA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇETİN YILMAZ
- Üstün mekanik özelliklere sahip ipek fibroin iskeletlerinin yüksek fibroin konsantrasyonlarında üretimi
Production of silk fibroin scaffolds with remarkable mechanical properties at high fibroin concentrations
CANER AKINCI