Kaos tabanlı hız ve konum kontrolü ile karıştırma performansının artırılması için yeni bir manyetik karıştırıcı cihaz tasarımı ve üretimi
Design and production of a new magnetic stirring device to increase mixing performance with chaos based speed and position control
- Tez No: 988505
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇAĞRI KUTLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Dinamik kontrol, Elektromanyetik karıştırma, Polimer malzemeler, Dynamic control, Electromagnetic stirring, Polymer materials
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, klasik manyetik karıştırıcılardan farklı olarak, kaotik hareket tabanlı bir kontrol stratejisiyle çalışan, dinamik konum ve hız değişimine sahip, kapalı çevrim sıcaklık kontrolü ve nesnelerin interneti tabanlı bir uzaktan yönetim altyapısı içeren yenilikçi bir manyetik karıştırıcı sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem, karıştırma sürecinde durgun akış bölgelerini minimize etmek, karışım homojenliğini artırmak ve enerji verimliliğini iyileştirmek amacıyla tasarlanmıştır. Sistemin temelinde Halvorsen, Lorenz ve Sprott-A kaotik sistemlerine dayanan doğrusal olmayan diferansiyel denklemler yer almakta olup, bu denklemler aracılığıyla karıştırıcının manyetik alan hareketi zamana bağlı olarak sürekli ve öngörülemez biçimde değiştirilmektedir. Böylece karıştırma süreci boyunca manyetik çubuğun konumu ve hareket yönü rastlantısal bir düzenlilik içinde yeniden tanımlanmakta; bu durum, özellikle viskoz veya çok fazlı karışımlarda homojenliğin artırılmasını sağlamaktadır. Çalışmanın ilk aşamasında, benzoik asit-saf su çözeltisi kullanılarak geliştirilen sistemin çözünme kinetiği üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Kısa ve uzun süreli karıştırma testleri sonucunda, kaotik kontrollü sistemlerin çözünme hızını ve karışım homojenliğini geleneksel manyetik karıştırıcılara göre anlamlı biçimde artırdığı gözlemlenmiştir. Halvorsen modeli, özellikle 150. dakikada maksimum iletkenlik değerine ulaşarak en yüksek çözünme verimini sağlamıştır. İkinci aşamada ise poliüretan (PU), grafen, nişasta ve 2-kloro-4-nitroanilin (2K4N) içeren kompozit numuneler farklı karıştırma stratejileriyle üretilmiş ve morfolojik, dielektriksel ve mekanik özellikleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. SEM analizleri, kaotik karıştırma yöntemlerinin dolgu-matris dağılımını iyileştirdiğini, gözenekliliği azalttığını ve daha düzgün yüzey morfolojisi elde edilmesini sağladığını ortaya koymuştur. Dielektrik ölçümler sonucunda, Kaotik hız-konum Halvorsen modelinin yüksek frekans aralıklarında en düşük kapasitans kaybı ve en kararlı dielektrik tepkiyi sunduğu belirlenmiştir. Mekanik testlerde ise aynı model, en yüksek çekme dayanımı (~25 MPa) ve uzama değerlerini (%650–700) sağlayarak yapısal bütünlük açısından üstün performans göstermiştir. Geliştirilen kaotik hız ve konum kontrollü manyetik karıştırıcı sistemi, akış alanındaki durgun bölgeleri ortadan kaldırarak karışım homojenliğini artırmış, çözünme süresini kısaltmış ve numunelerin mikroyapısal bütünlüğünü iyileştirmiştir. Bu sonuçlar, sistemin geleneksel manyetik karıştırıcılara kıyasla hem akış dinamiği hem de malzeme özellikleri açısından daha verimli ve hızlı bir karıştırma süreci sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, an innovative magnetic stirrer system has been developed, which differs from conventional designs by employing a chaos-based control strategy with dynamic position and speed variation, closed-loop temperature regulation, and an Internet of Things (IoT)–based remote management infrastructure. The system was designed to minimize stagnant flow zones, enhance mixture homogeneity, and improve overall energy efficiency. At its core, the system utilizes nonlinear differential equations derived from the Halvorsen, Lorenz, and Sprott-A chaotic models. Through these equations, the magnetic field trajectory of the stirrer continuously and unpredictably changes over time. Consequently, the magnetic bar's position and movement direction are dynamically redefined throughout the process, enabling superior mixing performance, especially in viscous or multiphase fluids. In the first stage of the study, the effect of the developed system on the dissolution kinetics of a benzoic acid-pure water solution was experimentally investigated. Short- and long-term mixing tests revealed that the chaotic-controlled systems significantly enhanced dissolution rate and mixture uniformity compared to conventional stirrers. Among them, the Halvorsen model achieved the highest dissolution efficiency, reaching maximum conductivity at the 150th minute.In the second stage, composite samples containing polyurethane (PU), graphene nanoplatelets, starch, and 2-chloro-4-nitroaniline (2K4N) were produced using different mixing strategies, and their morphological, dielectric, and mechanical properties were comparatively analyzed. SEM analyses demonstrated that chaotic mixing improved filler–matrix distribution, reduced porosity, and promoted smoother surface morphology. Dielectric measurements showed that the chaotic speed–position Halvorsen configuration exhibited the lowest capacitance loss and the most stable dielectric response in the high-frequency range. Mechanical tests revealed that the same model achieved the highest tensile strength (~25 MPa) and elongation values (650–700%), indicating superior structural integrity. The developed chaotic speed and position controlled magnetic stirrer system eliminated stagnant regions in the flow field, increasing mixing homogeneity, shortening dissolution time, and improving sample microstructural integrity. These results demonstrate that the system offers a more efficient and faster mixing process compared to conventional magnetic stirrers, in terms of both flow dynamics and material properties.
Benzer Tezler
- SCARA robot tabanlı kaotik karıştırıcının tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of SCARA robot based chaotic mixer
DOĞUCAN YAĞMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mekatronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇAĞRI KUTLU
- Enerji tabanlı yaklaşım ile saçılma katlama dinamiğinin oluşturulması ve kaos üretecinin tasarlanması
Establishing stretching and folding mechanism and designing chaos generator with energy-based approach
MUSTAFA KÖSEM
Doktora
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESLİHAN SERAP ŞENGÖR
- A historical evaluation of artificial intelligence with focus on algorithms generating creative artwork
Yapay zeka üzerine yaratıcı yapıt üreten algoritmalar odaklı tarihsel bir değerlendirme
İLKEM AHU ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2026
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilim ve Teknoloji Tarihi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTEKİN ÇÖKELEZ
- Kaos tabanlı bir görüntü şifreleme algoritması ve donanımsal ortamda gerçekleştirilmesi
A chaos-based image encryption algorithm with its hardware implementation
HİDAYET OĞRAŞ
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA TÜRK
- Yapay sinir ağı tabanlı kaotik işaret üreteci tasarımı ve uygulamaları
Design and application of artificial neural network based chaotic signal generator
İLKER DALKIRAN
Doktora
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN DANIŞMAN