Impact of non-uniform temperature distribution on thermal stress behaviour in energy walls
Enerji duvarlarında homojen olmayan sıcaklık dağılımının termal gerilme davranışı üzerindeki etkisi
- Tez No: 966309
- Danışmanlar: PROF. ÖZER ÇİNİCİOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, İnşaat Mühendisliği, Energy, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Enerji kazıkları ve enerji duvarları gibi enerji jeo-yapıları, hem yapısal stabilite sağlama hem de yenilenebilir ısı enerjisi alışverişi işlevi görerek çift amaçlı bir kullanım sunmaktadır. Termo-mekanik davranışları kapsamlı şekilde incelenmiş olsa da, birçok çalışma bu sistemi sabit sıcaklık dağılımları varsayımıyla basitleştirmektedir. Ancak bu varsayım, gömülü boru ağları içerisinden geçen ısı transfer akışkanlarının oluşturduğu gerçekçi ve konumsal olarak değişken sıcaklık alanlarını yansıtamamaktadır. Bu sıcaklık farkları, iç ve dış sınır koşulları tarafından şekillendirilen karmaşık üç boyutlu termal gerilme dağılımlarına yol açmaktadır. Bu çalışma, hem ısıtma hem de soğutma işlemleri sırasında, gerçekçi ve homojen olmayan sıcaklık dağılımlarında enerji duvarlarında oluşan gerilme tepkilerini ele almaktadır. COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılarak doğrulanmış, kapsamlı bir üç boyutlu sayısal model yardımıyla, sıcaklık farklarının gerilme gelişimine etkisi simüle edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, sıcaklık gradyanları ve mekanik sınır koşullarına bağlı olarak belirgin çevresel, radyal ve eksensel gerilmelerin ortaya çıktığını göstermektedir. Isı enjeksiyonu sırasında, ısınan boruların çevresinde belirgin basınç gerilmeleri gözlenirken; ısı çekimi uygulamalarında özellikle borulara yakın bölgelerde çekme gerilmeleri oluşmuştur. Ayrıca, çevredeki zemin ile duvar arasındaki arayüz gibi hassas bölgelerde ve binaya bakan yüzeylerde yüksek çekme gerilmeleri kaydedilmiştir. Bu bulgular, enerji jeo-yapılarının tasarım ve analiz süreçlerinde gerçekçi, konumsal olarak değişken sıcaklık dağılımlarının ve uygun mekanik sınır koşullarının dikkate alınmasının kritik önemini ortaya koymaktadır. Bu unsurların göz ardı edilmesi, gerilme tahminlerinde ciddi hatalara yol açabilir ve bu yapıların uzun vadeli dayanıklılığı ile performansını olumsuz yönde etkileyebilir.
Özet (Çeviri)
Energy geostructures, such as energy piles and energy walls, serve a dual purpose by providing both structural stability and renewable thermal energy exchange. While their thermo-mechanical behaviour has been widely studied, many investigations simplify the problem by assuming uniform temperature distributions. This assumption fails to capture the realistic, spatially varied temperature fields caused by the flow of heat-transfer fluids within embedded piping networks. These temperature variations give rise to intricate threedimensional thermal stress patterns, which are further shaped by both internal and external boundary conditions. This research addresses the resulting stress responses in energy walls exposed to non-uniform thermal loading under both heating and cooling operations. A comprehensive three-dimensional numerical model, verified using COMSOL Multiphysics, was employed to simulate the effects of spatial temperature differences on stress development. The simulation outcomes highlight the emergence of significant circumferential, radial, and axial stresses driven by thermal gradients and the configuration of mechanical constraints. During heat injection, zones surrounding the heated pipes experienced marked compressive stress, whereas cooling operations led to the formation of tensile stresses, particularly near the piping zones. Elevated tensile stresses were also observed at sensitive regions, such as the interface with surrounding soil and building-facing surfaces. These results underline the critical need for incorporating non-uniform temperature distributions and realistic boundary conditions into the design and evaluation of energy geostructures. Neglecting these aspects can introduce substantial errors in stress predictions, potentially affecting the durability and performance of such systems over time.
Benzer Tezler
- Grafen oksit katkılı polimer nanokompozitlerin çeşitliözelliklerinin incelenmesi
Investigating various properties of graphene oxide doped polymer nanocomposites
OĞUZKAN ŞENTÜRK
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM MEHMET PALABIYIK
- Ahşap-cam kompozit cephe malzemesinin atmosferik koşullar altında performansının değerlendirilmesi
Performance evaluation of wood-glass composite facade material under atmospheric conditions
BUSE İLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SERKAN YATAĞAN
- Metalik malzemelerin bilyalı dövme uygulaması sonrası tribolojik davranışının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of tribological behaviour of metallic materials after shot peening implementation
HARUN ARDA BALYALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ZEYNEP PARLAR
YRD. DOÇ. DR. EGEMEN AVCU
- Çarpmalı jet ve rib kullanımının kanal yüzeyindeki soğutma performansına etkilerinin araştırılması
Investigating the effect of impinging jet and rib usage on the cooling performance of the channel surface
ORHAN YALÇINKAYA
- Toz metalurjisi ile üretilen takım çeliklerinin sıcak daldırma yöntemiyle alüminyum kaplama sonrası yüzey karakterizasyonu
Surface characterization of powder metallurgy tool steels after hot dip aluminizing
ANIL ÇALIŞKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN