Theoretical data driven vortex tube separator performance predictor model
Teorik veri ile eğitilmiş vorteks tüp ayrıştırıcı performans tahmin modeli
- Tez No: 946974
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHMUT AKŞİT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 62
Özet
Bu çalışma, vorteks tüp ayırıcıların neden olduğu basınç kaybını tahmin etmek amacıyla teorik veri ile beslenmiş bir modelin geliştirilmesini tanıtmaktadır. Vorteks tüp ayırıcılar, helikopter motorlarının toz ve yabancı madde kaynaklı hasarlardan korunmasında önemli bir rol oynamaktadır. Bu sistemlerin etkin bir şekilde tasarlanabilmesi, aerodinamik performansın doğru şekilde öngörülebilmesini gerektirir. Tam ölçekli hesaplamalı akış dinamiği simülasyonlarının yüksek hesaplama maliyetine karşılık olarak ölçeklenebilir ve regresyona dayalı bir tahmin modeli önerilmiştir. Bu kapsamda farklı akış hızları ve hücum açıları altında belirli aerodinamik parametreleri elde etmek için küçük sayıda tüp içeren vorteks tüp ayırıcı panelleri üzerinde hesaplamalı akış dinamiği analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler, yüzey basıncı, kütlesel debi ve akış yönelimi gibi girdilerden oluşmaktadır. Tüp sayısı, logaritmik Reynolds sayısı ve açısal dinamik basınç gibi çıktılar analiz edilerek çok değişkenli bir doğrusal regresyon modeli oluşturulmuştur. Geliştirilen model R²=0.9835 gibi yüksek bir determinasyon katsayısına ulaşarak simülasyon sonuçlarında gözlemlenen ve doğrusal olmayan eğilimleri başarılı bir şekilde yakalayabilmiştir. Bir sonraki adımda teorik basınç kaybı hesaplamalarının sonuçları ile karşılaştırıldığında da fiziksel anlamlılık açısından tutarlılık sergileyerek kabul edilebilir düzeyde bir tahmin doğruluğu sunmuştur. Model, aynı zamanda tasarım değişkenlerine karşı duyarlılık analizi yapılmasına da olanak tanımaktadır. Ayrıca, model çıktılarının mühendislik karar destek süreçlerinde kullanılabilirliği test edilmiştir. Eğitilmiş veri aralığı dışındaki büyük panellerin sonuçlarını tahmin etme yeteneği sınırlı olsa da eğitim aralığı içerisindeki ara noktaların tahminlerinde etkili bir performans göstermiştir. Sonuç olarak bu çalışma, vorteks tüp ayırıcı panellerinin ön tasarım aşamalarında kullanılabilecek hızlı ve düşük maliyetli bir performans değerlendirme aracı ortaya koymuştur. Ayrıca oluşturulan veri seti, gelecekteki çalışmalarda yapay zekâ tabanlı modellerin eğitilmesinde de kullanılabilir niteliktedir.
Özet (Çeviri)
This research introduces the development of a theoretical data-driven model to estimate pressure loss caused by vortex tube separators (VTS) in helicopter engine intake systems. These separators are critical components for foreign object damage prevention, particularly in challenging operational environments. By proposing a scalable, regression-based predictive model, the computational inefficiency of performing full-scale CFD simulations was addressed. High-fidelity CFD simulations were performed on small-scale vortex tube separator configurations (1x1, 3x3, 5x5) to extract key aerodynamic parameters for multiple freestream velocities and angles of attack. These outputs were analysed to construct a multivariable linear regression model, where variables are tube count, logarithmic Reynolds number, and dynamic pressure due to the orientation of the incoming flow. The model achieved an R² value of 0.9835. This value confirms that the model captured nonlinear trends obtained in simulation results. In comparison to theoretical pressure loss calculations, the model demonstrated physical consistency and acceptable predictive accuracy. Additionally, its simplicity allows for rapid evaluations of different design alternatives during the conceptual design phase. While the extrapolation capability of the model to bigger panels was constrained, it proved effective for interpolation within the trained domain. The modeling approach also enables sensitivity analysis to explore the influence of each input variable on pressure loss. Moreover, the generated dataset can be further used to train advanced machine learning models for future studies. Overall, the approach reduces reliance on resource-intensive simulations, enabling faster turnaround in engineering workflows. This study offers a quick, low-cost method for preliminary design and assessment of VTS panels, making it a useful tool for early-stage integration in rotorcraft engine air particle separation systems.
Benzer Tezler
- Dolusavak plaka boşlukları boyunca akım ve türbülans karakteristiği
Flow and turbulent characteristic over spillways slab gaps
MUHAMMED FATİH ÖZÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEVKET ÇOKGÖR
- Pervane aerodinamiği için girdap kafes uygulamaları
Vortex lattice applications for propeller aerodynamics
EMRE ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ADİL YÜKSELEN
- Hareketsiz alan problemleri için FEniCS ortamında RBVMS metodu ile bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücü geliştirilmesi
A computational fluid dynamics solver development for non-moving domain problems in FEniCS environment based on the residual-based variational multiscale method
İSMAİL HOŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT AYDINBAKAR
- Bir hava aracı komponentinin dinamik karakteristiklerinin teorik ve deneysel modal analiz metoduyla belirlenmesi
Determination of dynamic characteristic of an air vehicle's component by experimental and theoretical modal analysis method
HALİL ULAŞ ŞEKERCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ORHAN KAYA
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
- Development of a lattice boltzmann based flow solver for large eddy simulation of turbulent flows
Türbülanslı akışların büyük girdap benzetimi için lattice boltzmann temelli akış çözücüsü geliştirilmesi
ALİHAN ATİLLA ÇINAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR