Search

The steady laminar flow with heat generation of an incompressible non-Newtonian micropolar fluid impinging on a porous flat plate is investigated. A uniform suction or blowing is applied normal to the plate, which is maintained at a constant temperature. A new mathematical model is developed taking into account the new elements introduced, such as uniform suction and heat generation. Numerical solutions for the governing nonlinear momentum and energy equations are obtained. The effect of the uniform suction or blowing and the characteristics of the non-Newtonian fluid on both the flow and heat transfer is presented and discussed.

An analysis is made of the steady laminar flow in a porous medium of an incompressible viscous fluid impinging on a permeable stretching surface with heat generation. A numerical solution for the governing nonlinear momentum and energy equations is obtained. The effects of the porosity of the medium, the surface stretching velocity, and the heat generation/absorption coefficient on both the flow and heat transfer are presented and discussed.

This paper investigates the steady, laminar mixed convection flow over a continuously moving semi-infinite vertical plate due to the combined effects of thermal and mass diffusion in the presence of internal heat generation or absorption and an nth order homogeneous chemical reaction between the fluid and the diffusing species. The nonlinear partial differential equations governing the flow, thermal, and concentration fields are obtained in non-similar form by introducing suitable transformations. The final non-similar set of coupled nonlinear partial differential equations is solved using an implicit finite difference scheme in combination with quasilinearization. A parametric study is performed to illustrate the influence of various parameters on the velocity, temperature, and concentration profiles in the present investigation. Further, the numerical results are presented for the skin friction coefficient, Nusselt number, and Sherwood number.

Tezin amacı; sürtünmeye bağlı ısı üretimi olan temasların sıcaklık bağımlı özellikler kullanılarak analiz edilmesi ve bunun sonucunda da temas yüzeyi gerilme ve sıcaklık dağılımının hesaplanmasıdır. Sürtünmeli temaslar makine mühendisliğinin birçok uygulamasında karşılaşılan bir durumdur. Temas problemleri genellikle çözümü kolay olmayan ve içerdiği parametrelere göre de zorluk derecesi artan problemlerdir. Örneğin sürtünmesiz temaslar çözümü en basit temas problemleri iken, sürtünme kaynaklı ısı üretimi olan temas problemlerinin çözümü bu kadar kolay değildir. Bu tez kapsamında sürtünme kaynaklı ısının malzemenin termal ve mekanik özelliklerini de değiştireceği düşünülerek, sabit özellik kullanımıyla elde edilen sonuçlar ile karşılaştırması ve hata analizleri yapılmıştır. Problemin çözümü için sonlu elemanlar yöntemi kullanılmıştır. Kararlı rejimde sonuçların elde edilebilmesi için sürtünme kaynaklı ısının temas bölgesinde dengeye ulaşması gerekmektedir. Bu kapsamda sonlu elemanlar ortamında iteratif bir kod oluşturulmuş, bu kod genel amaçlı bir sonlu elemanlar analizi yazılımı olan ANSYS, 1997 içerisine entegre edilerek sonuçlar elde edilmiştir.Bu tezde temas yüzeyinde sürtünme katsayısı sabit ve Coulomb tipi sürtünme modeli esas alınarak, rijit ve yalıtkan kayan zımba kabulü ile, homojen izotropik metal katman ve seramik kaplamalı metal katman modelleri için problem çözülmüştür. Ayrıca fonksiyonel derecelendirilmiş kaplama katmanı / metal alt katman için sonuçlar elde edilmiş, literatürde elde edilen diğer sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Sıcaklık bağımlı malzeme özellikleri kullanımı ile elde edilen sonuçlar ile sabit özellik kullanımı ile elde edilen sonuçlar arasındaki hata analizi ile bu tür problemlerde sıcaklık bağımlı malzeme özellikleri kullanımının önemi vurgulanmıştır. The aim of this study is to analyze the frictional contacts with heat generation considering temperature dependent thermoelastic material properties. Frictional contacts take place in almost all the applications of the mechanical engineering. Generally, the solutions of contact problems are not so easy and while the contact problem involves more parameters, it becomes more difficult problem to solve. For instance, the frictionless contact problem is the easiest one wheras the contact problem with frictional heat generation is the more difficult one to solve. In this scope, it is considered that the heat generation in the contact region enters the material and changes the thermoelastic material properties. Contact problem is solved by using temperature dependent and constant matarial properties and these solutions are compared and error analysis is done between these solutions. In frictional contacts with heat generation, generated heat in the contact zone must be in equilibrium. In order to solve the problem, finite element analysis is used and an iterative code is created and integtated in ANSYS which is a general purpose finite element analysis software.In this study, the friction coefficient in the contact zone is assumed constant and Coulomb type friction model is taken as a basis. Moreover, punch is assumed rigid, flat and insulated. Results are obtained for homogenous isotropic metal layer and ceramic coated metal substrate. In addition metal substrate with coated , functionally graded material model is also solved to compare the results with other results in the literature. Error analysis is done by using the results of the constant material properties and the temperature dependent material properties. It shows and emphasizes that the usage of temperature dependent properties in this type problems are crucial. 116

Bu çalışmada, kömür ve fuel-oil yakan kazanların doğal gaza dönüştürülmesi esnasında dikkat edilmesi gereken hususlar ile yapılması gerekli işlemler üzerinde detaylı olarak durulmuştur. Ayrıca dönüşüm esnasında kazan dairesinin ve bacanın doğalgaza göre nasıl düzenlenmesi gerektiği açıklanmıştır. In this study, conversion of coal and fuel-oil boilers info natural gas boilers is examined in detail and important points which should be taken into account in this conversion are given. Additionally, it is explained that how are heat generation centers and chimnies arranged during conversion info natural gas.

Bu çalışmada bir otomobil disk fren mekanizması için üç boyutlu termoelastik gerilme analizi yapılmıştır. Disk/balata çifti için silindirik koordinatlarda ısı iletim denklemi türetilmiştir. Isı iletim denklemini balata ve disk için çözebilmek için sınır ve ilk şartlar belirlenmiştir. Balata ve disk arasındaki sürtünme katsayısı sıcaklığa ve zamana bağlıdır. Sıcaklığa ve zamana bağlı sürtünme katsayısını dikkate almak için termal analizde iteratif bir yöntem geliştirilmiştir. Hareket denklemi türetilmiş, sabit hızda giden aracın frenleme anından itibaren doğrusal olmayan şekilde yavaşlayarak durma anına ulaştığı görülmüştür. Sıcaklığın artması sürtünme katsayısında azalmaya ve durma zamanında artışa sebep olmuştur. Balata ve disk arasında sürtünme nedeniyle oluşan toplam ısı akısı hesaplanmıştır. Isı akısı balata ve disk yüzeylerine ısı paylaşım oranı düşünülerek uygulanmıştır. Silindirik koordinatlarda termoelastik gerilme-gerinim bağıntıları türetilmiştir. Bu bağıntıların denge denklemi içerisine konulması ile birlikte Navier denklemleri elde edilmiştir. Isı iletim ve Navier denklemlerinin hesaplamalı olarak çözülebilmesi için sonlu elemanlar metodu kullanılmıştır. Disk/balata çifti için sıcaklık dağılımları ve eşdeğer von-Mises gerilmeleri hesaplanmıştır. Frenleme basıncının ve balata fiziksel özelliklerinin disk/balata fren mekanizmasında oluşan sıcaklık ve eşdeğer gerilme değerlerine olan etkileri incelenmiştir. Sonuçlar balata malzemesi özelliklerinin disk/balata çifti için sıcaklık ve gerilmeleri dikkate değer ölçüde etkilediğini göstermiştir. Isı iletim katsayısı, yoğunluğu ve ısı kapasitesi yüksek olan bir balta malzemesi kullanımı disk üzerindeki gerilmeleri azaltarak aşınma ve kırılma gibi durumların önlenmesinde önemli rol oynayabilir., In the present study, three-dimensional thermoelastic stress analysis is carried out for the automobile disc brake mechanism. Heat conduction equation is derived at cylindrical coordinate system for the disc/pad couple. In order to solve the heat conduction equation for the pad and disc, boundary and initial conditions are specified. The coefficient of friction between the pad and disc is temperature and time dependent. In order to take into account temperature and time dependent coefficient of friction, iterative method is developed in thermal analysis. Equation of motion is derived and it is observed that vehicle travelling at constant speed reaches the moment of stop with decelerating nonlinearly. Total heat flux due to the friction between pad and disc is calculated. Heat flux is applied to the surface of the pad and the disc considering heat partition ratio. Thermoelastic stress-strain relations are derived at cylindrical coordinates. Navier equations are obtained by substituting these relations into equations of equilibrium.In order to solve the heat conduction and Navier equations computationally, the finite element method is used. Temperature distributions and equivalent von-Mises stresses for the disc/pad couple are calculated.Influences of brake pressure and physical properties of the pad upon the values of temperature and equivalent stress are examined. Results indicate that properties of pad material lead to remarkable influence on temperature and stress for disc/pad couple. Utilization of pad material with high conductivity, density and specific heat capacity may play a significant role on avoiding wear and fracture situations by reducing stresses on the disc.

In this study, a thermal model during continuous ultrasonic welding of thin foils has been developed. The heat generation during the process, stick/slip state, and effect of elastic/plastic strains are included in the formulation. The physics is simplified to a one-dimensional transient heat transfer analysis, the governing equation is nondimensionalized, and important parameters are identified. A fourth-order Runge--Kutta numerical scheme is used to predict the transient temperature as a function of material, constitutive, and process parameters. Comparison with experimental results is provided to justify the assumptions introduced in the model. Different heat generation terms are introduced and their contribution to overall heat generation is presented.

ÖZET Bu çalışmada, U02+Th02 karışık yak^t içeren hibrit blankette, değişik soğutucular, 2 ve 5 MW/m ilk cidar nötron yükleri için, yakıt çubuklanndaki zamana bağlı ısı üretimi ve radyal sıcaklık dağılımları incelenmiştir. Fisil yakıt bölgesinin davranışı, 4 yıllık periyot ve 0.5 aylık zaman artışı ve % 75 çalışma faktörü esas alınarak incelenmiştir. Hibrit blankette, fisil yakıt katmanının % 45.5 hacim oranına sahip, Gaz (He,C02), Flibe (Lİ2BeF4) ve Doğal Lityum (Li) gibi üç tip soğutucu ile soğutulduğu dikkate alınmıştır. 14.1 MeV enerjili füzyon nötronlarına sahip çizgisel bir kaynağı kullanmak için, silindirik füzyon plazması, radyal yönde 10 yakıt çubuğu içeren fisil yakıt katmanı tarafından kuşatılmıştır. Figure of Merit FOM alarak tanımlanan, blanketin fisil yakıt üretimi ve fisil yakıtın yanma derecesi olarak tanımlanan BU parametreleri incelenen blankette analiz edilmiştir. Nümerik hesaplamalar, SCALE4.4A/XSDRN ve NITAWL kuralları birlikte kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu araştırma süresince, açısal nötron akısının integrasyonu için Gaussian quadrat takımını kullanan S18-P5 yaklaşımı uygulanmıştır. Hesaplamaların bir sonucu olarak, bütün blanketlerde, çalışma periyodu boyunca, seçilen ilk cidar nötron yüklerinde, yakıt çubuklarının merkezindeki maksimum sıcaklıklar, yakıt malzemesinin erime sıcaklığı noktasına ulaşmamıştır. Diğer »i taraftan, flibe ile soğutulan blanketlerde üretilen iç ısının diğer soğutuculara göre daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. İlk cidar nötron yükü artınca, fisil blanketteki zamana bağlı iç ısı üretimi artar. Bu nedenle, çalışma periyodu (Tc = 200, 400 ve 600 °C) olarak seçilen kılıf yüzey sıcaklıklarının fonksiyonu olarak yakıt çubuklanndaki radyal sıcaklıklar da atar. ANAHTAR KELİMELER: Sıcaklık Dağılımı, Yanma Derecesi, Merit Seki, Yakıt Çubuğu, Hacimsel Isı Üretimi Ill ABSTRACT In this study, temporal heat production and radial temperature distribution in the fuel rods are investigated for different coolants under 2 and 5 MW/m2 first wall loads in hybrid blanker fueled with U02+Th02 mixed fuel. The behavior of the fissile fuel zone is observed over 4 year period for discrete time intervals of At = 0.5 month and by a plant factor of 75%. Fissile fuel zone is considered to be cooled with three coolants with %45.5 volume fraction, Gas (He,C02), Flibe (Li2BeF4) and Natural Lithium (Li), in hybrid blanket. The fissile fuel zone, containing 10 fuel rod rows in radial direction, covers the cylindrical fusion plasma to use line source having 14.1 MeV -energy neurons. Fissile fuel generation ability of the blanket defined as Figure of Merit FOM and grade of fissile fuel utilization as defined Fissile Fuel Bum-up BU parameters have been analyzed in the investigation blanket. Numerical calculations have been performed by using the SCALE4.4A/XSDRN an NIT AWL codes to nether. Integration of the angular neutron flux has been applied in the Sig -P5 approximation using Gaussian quadrature sets during stages of this investigation. As a result of the calculations, in all blankets, the maximum temperatures in the centerline of the fuel rods have not exceeded the melting point of the fuel material under the selected first wall loads during the operation periods! On the other hand, it has been observed that the heat generation is higher in the blankets cooled with flibe coolant than other coolant. By increasing first wall neutron load, temporal internal heat production in the fissile blanket increases, therefore, radial temperature distribution at the fuel rods increases as a function of the operation period and selected clad surface temperatures ( Tc = 200, 400 and 600 °C). KEY WORDS: Temperature Distribution, Bum-up, Figure of Merit, Fuel Rod, Volumetric Heat Generation 85

Genel olarak pnömatik tekerlerin termomekanik davranışı, oldukça karmaşık, za man bağımlı bir olaydır. Bu problem, bir çok araştırmacı tarafından, lineer olmayan malzeme özelliği, büyük yer değişimleri ve karmaşık sınır koşullan nedeniyle meydan okuyan bir problem olarak tanımlanmaktadır. Bu tez çalışmasında, termomekanik analiz için deformasyon, kayıp ve termal modül olmak üzere üç analiz modülü içeren ardışıl bir yaklaşım kullanılmıştır. Deformasyon modülünde, tekerin kord destekli bölümleri için rebar elemanların kullanıldığı, kauçuk bölümler içinde Mooney-Rivlin malzeme modelinin kullanıldığı tam ölçekli bir sonlu elemanlar modeli kurulmuştur. İç basıncın uygulanan yüzeye devamlı dik kalması sağlanarak, ilk olarak şişme analizi (santrifüj kuvvetlerin de dikkate alındığı) daha sonra da teker ile zemin arasında temas analizi yapılmıştır. Kayıp modülünde, defor masyon modülünden elde edilen gerilmeler ve şekil değişimleri kullanılarak, analitik bir yaklaşımla dönmekte olan tekerde oluşan ısı analitik bir yaklaşımla viskoelastik teori kullanılarak hesaplanmıştır. Son olarakta, hesaplanan kayıp enerjinin termal modüle aktarılmasıyla, kararlı hal durumu için sıcaklık dağılımı hesaplanmış ve bu sıcaklık değerleri ile deformasyon modülü kullanılarak termal gerilme analizi yapılmıştır. Farklı örnekler çözülerek elde edilen sonuçlar diğer benzer çalışmlarla karşılaştırılmış ve uyum içinde olduğu belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında, sonlu elemanlar modelleri için, kul lanıcı alt programları ile birlikte MSC.MARC/MENTAT programı kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler : Lineer olmayan sonlu elemanlar analizi, Teker, Kauçuk, Lineer olmayan malzeme davranışı, Isı üretimi, Geometrik olarak lineer olmama, Viskoelastisite Investigation of Thermomechanical Behaviour of Pneumatic Tires by Finite Element Method In general, thermomechanical behavior of a pneumatic tire is a highly complex transient phenomenon. This problem has been defined as a challenging problem for many researchers due to material nonlinearities, inhomogeneties, large deformations and complicated boundary conditions. In this thesis, a sequential approach consisting of three main analysis modules: deformation, dissipation and thermal modules were used. For the deformation module, a full-scale finite element model of a tire is established using rebar elements for the cord reinforced part and the Mooney-Rivlin material model for rubber. With the follower pressure force, firstly inflation (including centrifugal forces) and then contact analyses between tire and pavement were carried out. Using calculated stresses and strains from the deformation module, an analytic approach for the calculation of the heat source in the rolling tire is established using the viscoelastic theory for the dissipation module. Finally, temperature distribution was calculated with the thermal module in a steady state case, using the distribution of heat generation rate which is obtained from the dissipation module and then with this temperature distributions thermal stresses were calculated using deformation module. Several examples are solved and results are compared with the literature. The calculated stresses, strains and thermal distribution are in good agrement with the existing data. During this thesis, MARC/MENTAT program used with user subroutines for finite element modeling. Key Words : Nonlinear finite element analysis, Tire, Rubber, Heat Generation, Contact problem, Material Nonlinearity, Geometric nonlinearity, Viscoelasticity VI 185

ÖZET İşletmenin elektrik ve ısı ihtiyacını aynı üniteden sağlayan bileşik ısı-güç sistemleri, günümüzde sanayi alanında önemli uygulamalarda yer almaktadır. Düşük maliyetle işletmenin ısı ve güç gereksinimini sağlayabildiğinden işletmenin ilgili pazardaki rekabet payını arttırmaktadır. Bileşik ısı-güç sistemlerinin -cogeneration- temelini, atık ısıyı geri kazanma ilkesi oluşturmaktadır. Sistemde bir tarafta elektrik elde edilirken diğer tarafta da elektrik eldesi sonucu ortaya çıkan atık ısı ve baca gazlan, işletmenin buhar ihtiyacını karşılamakta kullanılmaktadır. Yapılan çalışmada amaç; gaz türbinli bir bileşik ısı-güç üretim sisteminin belirlenen koşullara göre termodinamik ve ekserji analizlerini yapabilen bir bilgisayar programı hazırlamak ve bu program yardımıyla parametrelerin değişimine göre sistemin davranışını belirlemektir. Bunun için ilk olarak atık ısı geri kazanımı konusunda bilgi verilmiş ve bileşik ısı- güç üretim sistemleri tanıtılmıştır. Tanıtılan sistemlerin çalışma prensipleri verildikten sonra karşılaştırmaları yapılmıştır. Üçüncü bölümde ise gaz türbinli bir bileşik ısı-güç üretim sistemi model olarak alınıp bu sistemin incelemesi yapılmıştır. İnceleme aşağıdaki alt bölümlerden oluşmaktadır: I. Termodinamik çözümleme II. Ekserji analizi Termodinamik analiz kısmında; sistemin sıcaklık, basınç, kütlesel akış debisi entalpi ve entropi dağılımım veren bağıntılar verilmiştir. XIIEkserji analizi kısmında ise; çevrimde belirlenen noktalarda fiziksel, kimyasal ve ekipmanlarda yok edilen ekserj ilerin ve sistemin ekserji veriminin hesaplanma yöntemlerinden bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde ise anlatılan çözüm yöntemlerini kullanarak, termodinamik ve ekserji analizlerini yapabilen bir bilgisayar programının tanıtımı yapılmıştır. Aynca; yapılan kabuller, bilgisayar çalışmasının blok diyagramı sunulmuş ve çözüm yöntemleri anlatılmıştır. Değişebilen parametrelerin değişimine göre bilgisayar uygulamasının sonuçlan beşinci bölümde sunulmuş ve çıkan sonuçlar eğrilerle gösterilmiştir. Yapılan çalışmanın araştırma-inceleme ağırlıklı olan ilk bölümlerinden elde edilen sonuçlar konumuz olan sistemlerin her koşulda uygulama alanı bulamayacağını, her sistemin belli özellikleri olduğunu, uygulama alanını ve uygulanacak sistemi iyi tanımak gerektiğini ortaya koymuştur. Bilgisayar çalışması sonucunda elde edilen sonuçlar, belli inceleme konularına tabi tutulan sistemin nasıl bir davranış içinde olduğunu göstermektedir. Sistemin hassas noktaları, sistemi oluştururken ideal dengenin nasıl sağlanabileceği, sistemin kayıpları gibi konularda bilgi vermektedir. Elde edilen sonuçların değerlendirmesi yapıldığında ekserji analizi sonucunda atık ısı kazanı, yanma odası, kompresör, gaz türbini ve hava ısıtıcısının tersinmezlik değerleri değişen koşullarla birlikte önemli farklılıklar göstermektedir. X111 SUMMARY Fuel price increases and decreases have led plant designers to seek ways of reducing overall energy costs. One important solution is: Cogeneration Cogeneration is the sequential production of electricity and heat, steam or useful work from the same fuel source. Cogeneration was used for many years in early power plants, but it had different names like by-product power, district heating, and process-steam utilization. But the objective was the same to get the maximum energy from a unit of fuel at an acceptable cost. With the turnaround in the energy picture in the 1970s, and the need for new solution for efficient power-heat generation have resuted in the use of the cogeneration plants in industries. As there is a big potential for cogeneration in Turkey's energy market, we decided to work on cogeneration to make our industries familiar with waste heat recovery systems. Starting with this objective, in this study, in the first and second sections cogeneration concept is introduced and the most common cogeneration systems are presented. In the third section, a gas turbine cogeneration system is chosen as a model and analysis is made. (Figure 1) The analysis consists of two sections: I-Thermodynamic analysis II-Exergy analysis XIVFeedwater © ©1 t® Heat-Recovery Steam Generator © Combustion Products Air Compressor © ©. Air Preheater -Y Natural Gas © s A Combustion A *Y Chamber J Power to Air Compressor < © Gas Turbine © w` net Air T0 = 298,15 K P0= 1,013 bars (latm) Figure 1 Gas turbine with waste-heat recovery cogeneration Thermodynamics and exergy analysis are shown for a typical gas turbine with waste- heat recovery cogeneration system. This system is a topping cycle. It operates by firing compressed air and natural gas in a gas turbine. The expanding hot gas in combustion passes through the turbine, turning the rotor by pushing on canted blades. The rotating gas turbine produces power. The hot exhaust gases from the turbine can either be passed in a heat recovery steam generator, producing steam for industrial process applications and space heating or used directly in process-heat applications. In the thermodynamic analysis section, for each control volume as follows ; combustion chamber, compressor and turbine, air preheater and heat recovery steam generator, equations related to the first law of thermodynamics is given. In the exergy analysis section, some explanation is made about the second law of thermodynamics. Availabity and irreversibility is described and formulized. XVIn the next step, the equations about the physical and chemical exergy, exergy destruction and exergetic efficiency are given at different points of the cycle. In the fourth section a computer program which can perform thermodynamics and exergy analysis is developed. The program is also capable of determining the system behaviour with the change in decision variables. The block diagram and calculation methods are also given. In the fifth chapter the results of the computer application according to the changing variables are shown by using graphs. The behaviour of the cogeneration system in different conditions is modelled by the help of the computer programme. It is easy to understand the system's ideal equilibrium conditions, the critical points of the system by the help of the computer programme. According to the results of the exergy analysis, differences are noted in the exergy destruction of the waste heat recovery steam generator, compressor, gas turbine and air preheater in the changing conditions. As a result, with this study, we understand that cogeneration is a very powerful way of energy generation for industries. As there are so many system possibilities for an application, it is very important to recognize the application place and his demands, and the capacity and the other properties of selected system. The critical componets are mentioned in the study. In further studies, equilibrium problem of cogeneration plants can be studied. Those studies can be used to make indutries conscious of cogeneration and its characteristics. XVI 123

Bu çalışmada ucuz, kaliteli ve sürdürülebilir bir sistem tasarımı amacıyla güneş enerjisi ve ısı pompasının birlikte kullanıldığı bir sıcak hava üretim sisteminin tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Sistemin süreç kontrolü için bir PLC (Programmable Logic Controller) ve SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sistemi tasarlanmıştır. Kurutma esnasında bütün veriler hazırlanan bilgisayar yazılımı sayesinde bilgisayar ekranından takip edilmiş ve belirlenen sürelerde kayıt altına alınmıştır. Tasarım, farklı koşullar altında test edilmiş ve tasarımın enerji analizleri yapılmıştır.Sistemde, enerji ihtiyaçları ısı pompası ve güneş kolektörleri tarafından sağlanmakta ve PLC ile mahal içindeki havanın sıcaklığı, bağıl nemi, hızı ve kurutulan ürünün ağırlığı kontrol edilmektedir. Böylece hem ürünler, daha az enerji girdisiyle ve daha kontrollü olarak kurutulabilmiş hem de mahal daha ekonomik ısıtılabilmiştir. Sistem, üç manevra kabiliyetine sahiptir. Buna ek olarak sistemde, ısıtma veya kurutma yapılırken aynı zamanda da ısı depolanabilmektedir. Bu çalışmada, güneş enerjisi ve ısı pompasının ayrı ayrı veya birlikte kullanılabildiği güneş destekli ısı pompalı sıcak hava üretim cihazıyla farklı hava sıcaklık ve hızlarında ısıtma ve kurutma işlemleri gerçekleştirilmiştir.Sistemin deneysel olarak incelenebilmesinde ısıtma için bir mahal seçilmiş ve bu mahalin ısıtma işlemi gerçekleştirilmiştir. Kurutma için ise kurutulmuş gıda ürünlerinden önemli bir yere sahip ve ithalat değeri yüksek olan ?agaricus bisporous? türü mantar seçilmiş ve seçilen bu ürünün kurutma deneylerinin ayrıntılı analizi ortaya konmuştur.Kurutma sisteminde ağırlığı 2 000 g olan mantarlar 4 mm kalınlığında dilimlenmiş; 0.9 m/s ve 1.2 m/s hava hızlarında % 93 nem miktarından % 7 son nem (kuru baz) değerine kadar 30-35 °C, 45 ? C ve 55 ? C sıcaklıklarda deneyler yapılmıştır. Bu deneylerde sadece ısı pompası (IP), sadece güneş enerjisi (GE) ve her ikisi birlikte (güneş destekli ısı pompası) kullanılarak kurutma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Mantarlar, sadece ısı pompası kullanılarak 220-250 dakikada, sadece güneş enerjisi kullanılarak 165-300 dakikada, güneş destekli ısı pompası kullanılarak 190-230 dakikada kurutulmuştur. Güneş destekli ısı pompalı PLC kontrollü sistemde ortalama performans katsayısı (COP) değerleri; sadece ısı pompası kullanıldığında 2.2, sadece güneş enerjisi kullanıldığında 3.5 ve bütün sistem devrede olduğunda da 3.0 olarak hesaplanmıştır. Enerjinin kullanılma oranları (EUR) ortalama; sadece ısı pompası kullanıldığında 0.45, sadece güneş enerjisi kullanıldığında 0.63 ve bütün sistem devrede olduğunda da 0.52 olarak hesaplanmıştır. Özgül nem çekme oranları (SMER) ortalama; sadece ısı pompası kullanıldığında 0.36 kg/kWh, sadece güneş enerjisi kullanıldığında 0.80 kg/kWh ve bütün sistem devredeyken 0.62 kg/kWh olarak hesaplanmıştır. Yapılan deneyler ve analizler sonucunda elde edilen veriler, tasarlanan sistemin amaçlanan hedef için uygun ve verimli olduğu kanaatine varılmıştır.Anahtar Kelimeler : Isıtma, kurutma, ısı pompası, güne? enerjisi, mantar, enerji analizi In this study; in order to design a system that is cheap quality and sustainable made of hot-air production system design and manufacture used with solar system and heat pump. The system for process control, PLC (Programmable Logic Controller) and SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) systems were designed. All data has been followed on a computer screen during drying and by the software have been recorded. Design, tested under different conditions and energy analysis of design is made.In this system; energy needs provided by heat pump and solar collectors and temperature, relative humidity, velocity and weight of the product in the space were controlled with PLC. Thus, products were dried with less energy input and as a more controlled rate. Places were heated more economically. The system is capable of three maneuvers. In addition, while heating or drying is performed, the heat can be stored by the system.In this study, solar energy and heat pump can be used separately or together. In the different air temperatures and air velocities, heating and drying operations were carried out by solar assisted heat pump hot air production device.In the experimental examination of the system, selected a space for heating and heating process of this area was accomplished. For the experimental examination of the system were selected a space for heating. After that, heating process of this space was accomplished.In the designed and manufactured system, ?Agaricus Bisporous-Button? mushroom was dried and has been analyzed experimentally. In drying system, 2 000 g of sliced mushrooms (4 mm thick) and 0.9 m / s and 1.2 m / s air speeds, from the initial moisture amount % 93 the last moisture amount up to 7% moisture (dry basis) 30-35 °C, 45 °C and 55 °C were dried. In this experiments, drying operations have been done by using only heat pump (HP), only solar energy (SE) and both them (SAHP-solar assisted heat pump). Mushrooms were dried in 220-250 minutes by using only heat pump, 165-300 minutes by solar energy, 190-300 minutes by solar assisted heat pump.PLC-controlled solar-assisted heat pump system COP values of the average were calculated 2.2, 3.5 and 3.0 respectively by using only the heat pump, using only solar energy and using solar-assisted heat pump. Energy utilization rates (EUR) were calculated averagely 0.45 for heat pump, 0.63 for solar energy and 0.52 for the whole system. Specific moisture extraction rates (SMER) were calculated averagely 0.36 kg/kWh for heat pump, 0.8 kg/kWh for solar energy and 0.62 kg/kWh for the whole system. The data was obtained as a result of experiments and analysis. As a result, designed system to be efficient for the intended target has been concluded.Key Words : Heating, drying, heat pump, solar energy, mushroom, energy analysis 262

ÖZET Doğal Gaz, günümüzde tükenmekte olan diğer yeraltı enerji kaynakları yanında temizliği verimliği ucuzluğu yönünden endüstri tesislerinin ve evsel kullanımın vezgeçilmez bir enerji kaynağı durumuna gelmiş olup gün geçtikçe önemi de artmaktadır. Bu çalışmada Doğal Gaz kullanımında gerekli Emniyet Kalite ve Ekonomikliğin Sağlanması ve kullanıcıya belli bir disiplin altında iletilmesi için lüzumlu önlemlerin alınması ve Türk Standartlar Enstitüsü tarafından konusuyla ilgili hazırlanan standartlara göre hareket edilerek gerekli olan can ve mal güvenliğinin sağlanıp ekonomik kullanım ortamının yaratılması için gerekli araştırmalar yapılmıştır. Binalarda ısıtma ve pişirmede kullandığımız cihazlara doğal gaz bir dizi armatörden geçerek ulaşmaktadır. Bu anlamda da kullanımda olan cihazların (Katı yakıtlı- Sıvı yakıtlı- LPG. vs.) Doğal Gazın özelliklerine göre gerek emniyet ve gerek ise ekonomik kullanım yönünden yeniden dizayn edilmesi veya mevcut cihazların dönüşümünün yapılması ile ilgili önemli hususlar açı klan m ıştır. Bu dönüşümler yapılırken de belli bir hesaplama yöntemi ve standard malzeme seçimi ile standard montaj yapılması gerekmektedir. Bu çalışmamız sözkonusu hususlar dikkate alınarak hazırlanmış ve çeşitli kaynaklardan elde edilen bilgiler karşılaştırılarak sonuca varılmaya çalışılmıştır. IV ABSTRACT The usage and importance of natural gas is inereasing in terms of clearness, productivity and cheapness while the other undergraund energy sources are decreasing and cansuming, Used in the industries, buildings and houses. in this Thesis, in the usage of naturalgas, the reguired guality and safety researches are done, to serve to the Consumers under secure, the rules and standards of Turkish standard institution are used when they were planning. The Natural gases are passing through many pipes and arriving to houses, industries and buildings. We are using mostly for cooking and to warm, also we have to change the instruments to supply the characteristics used in these buildings. Natural gases ara very economical and usable in many different areas instead of liguid petrolium gasses, coals, in these Thesis all told things were taken in to consideration and prepared by researching other Thesis or researches. 88

Bu çalışmada, lityum iyon pillerin pasif termal yönetim sistemlerinden faz değişim malzemesi (FDM) kullanımı ile soğutulması deneysel olarak incelenmiştir. FDM ısı iletim katsayısının artırılması amacıyla içerisine bakır tel örgü konarak FDM/bakır tel örgü kompoziti oluşturuldu. Isıtıcı etrafına FDM/bakır tel örgü koyulduğu, yalnız FDM koyulduğu ve FDM konulmadığı durumlarda ısıtıcı yüzey sıcaklığının durağan hava ortamında değişimi incelenmiştir. Deneylerde silindirik lityum iyon pillerin 2C (1.30W) ve 3C (2.75W) deşarj durumlarında attığı ısıyı simüle etmek için 26650 pili ile aynı boyutlarda ısıtıcı kullanılmıştır. Deneylerde farklı ergime sıcaklığına sahip iki adet FDM kullanılmıştır. Sürekli rejimde yürütülen deneylerde ısıtıcı etrafına FDM(CrodaTherm37)/bakır tel konulması durumunda FDM katı halde iken FDM+cam ısıl direncini %52 düşürmüştür. FDM sıvı fazda olduğu durumda ise FDM/tel+cam ısıl direncini %30 artırmıştır. Tel kullanımı ısıl performansı katı ve iki fazlı bölgede olumlu etkilerken sıvı fazda olumsuz etkilediği gözlemlenmiştir. FDM/bakır tel kullanılması sayesinde FDM kütlesi ve maliyeti, %15 düşürülmüştür. FDM kullanılmadığında (durağan hava ortamı) 2C/1.30W ve 3C/2.75W deşarj/ısı üretimi durumunda ısıtıcı yüzey sıcaklığı 40˚C’ ye sırasıyla 755 s ve 400 s’de gelmiştir. 2C deşarj oranı için bu süre CrodaTherm37/Tel örgü kullanılarak FDM kullanılmayan duruma göre %703 artırılabilmiştir. FDM’lerin ergime sıcaklıkları göz önüne alındığında, kısa süreli deşarj 2C/1.30W ısı üretimi durumunda CrodaTherm29, uzun süreli çevrim şeklinde şarj/deşarj 2C/1.30W ısı üretimi durumunda ise CrodaTherm37 FDM kullanımı tercih edilebilir., n this study, the cooling of lithium-ion batteries using phase change material (PCM), a passive thermal management system, has been experimentally investigated. A composite with copper wire mesh has been formed to increase the thermal conductivity of PCM. Transient variation of heater surface temperature under the stagnant air environment has been examined for the cases bare heater, heater surrounded by the PCM, and enclosed by PCM/copper wire mesh composite. In experiments, a heater with the same dimensions of the 26650 cylindrical lithium-ion battery is used to simulate the heat generation for this battery for the 2C (1.30W) and 3C (2.75W) discharge rates. Two kinds of PCMs having different melting temperatures are employed in the experiments. As a result of the tests carried out for steady-state conditions, by using solid-phase PCM(CrodaTherm37)/copper wire composite, the thermal resistance of PCM/copper+glass is decreased by 52% compared to the heater surrounded by only PCM configuration. If the same experiment is held for liquid phase PCM/copper wire composite, PCM/copper+glass thermal resistance is 30% higher than the only PCM case. While the use of copper wire promotes the thermal performance for the solid and solid-liquid phases, it is observed that it negatively affects it for the liquid phase. The PCM mass and the cost are reduced by 15% thanks to the use of copper wire. In the absence of the PCM (stagnant air environment), heater surface temperature has reached 40°C at 755 s and 400 s for the heat generation of 2C/1.30 W and 3C/2.75 W, respectively. This process has been extended by 703% compared to absence of the PCM using CrodaTherm37/Copper wire mesh for a 2C discharge rate. When considering the melting temperatures of the PCMs, CrodaTherm29 for short term discharge 2C/1.30W, CrodaTherm37 can be preferred for long term cyclic 2C/1.30W charge/discharge conditions.

Bu çalışmada Isparta-Yakaören mevkisinde U, Th ve K radyojeniklerinin meydana getirmiş olduğu doğal radyoktivite verilerinden yararlanılarak yüzeydeki radyojenik ısı üretim ve radyojenik risk değerlerinin hesaplanması amaçlanmıştır. Bu amaçla çalışma alanında Gamma-ray spektrometresi kullanarak 360 noktadaki kayaçlarda doğal radyoaktivite ölçümü yapılmıştır. Bu ölçümler sonucunda elde edilen U, Th ve K elementlerinin değerleri kullanılarak radyojenik ısı ve radyojenik risk değerleri hesaplanmıştır. U, Th, K, F-parametresi ve radyojenik ısı üretim değerlerinden çalışma alanının haritaları oluşturulmuştur. Ayrıca radyojenik risk açısından dose değerleri de haritalanmıştır. Elde edilen haritalardaki radyoaktif değerler ile yüzey jeolojisi karşılaştırılmıştır. Çalışma alanındaki jeolojik birimlerin radyojenik ısı üretimi ve radyojenik risk durumu radyoaktif konsantrasyon değerlerinden belirlenmiştir. Ek olarak F-parametresinin yorumlanmasından alterasyon zonları ortaya konmuştur. Sonuç olarak çalışma alanındaki jeolojik birimlerin radyoaktif parametreleri kullanılarak jeotermal potansiyeli ve çalışma alanının insan sağlığına etkileri açısından tartışılmıştır.Anahtar Kelimeler: Radyojenik ısı üretimi, radyojenik risk, gamma ışın spektrometresi, uranyum, potasyum2019, 51 sayfa In this study, it is aimed to calculate the radiogenic heat production and radiogenic risk values at the surface by using the natural radiocactivity data generated by the U, Th and K radiogenic in Isparta-Yakaören locality. For this purpose, in the study area, natural radioactivity was measured in the rocks at 360 points by using Gamma-ray spectrometer. Radiogenic heat and radiogenic risk values were calculated by using the values of U, Th and K elements obtained from these measurements. U, Th, K, F-parameter and radiogenic heat generation values of the study area maps were created. Dose values were also mapped in terms of radiogenic risk. As a result, radioactive values and surface geology were compared. In addition, radiogenic heat production and radiogenic risk status of geological units in the study area were determined from the radioactive concentration values. In addition, alteration zones were determined from the interpretation of the F-parameter. As a result, the geothermal potential of the geological units in the study area was discussed in terms of their effects on human health by using radioactive parameters.Keywords: Radiogenic heat generation, radiogenic risk, gamma ray spectrometer, uranium, potassium2019, 51 pages 62

Bu çalışmada, konvansiyonel manyetik frenlerde manyetik alan kaynağı olarak kullanılan bobinlerin yerine sürekli mıknatıslar seçilmiştir. Bu değişim neticesinde bobin, bobini besleyen elektrik kaynağı çıkarılarak tasarımda sadeleşme sağlanmıştır. Tasarımın temel parametrelerinde değişikler yapılarak, toplam frenleme momenti hesaplanmış ve etkileri irdelenmiştir. Bu hesaplamalar çalışmada kolaylık sağlamak için paket programlar vasıtası ile yapılmıştır.Alüminyumdan imal edilmiş iletken bir disk, N-S sıralı dizilmiş sürekli mıknatıslara yakın bir şekilde döndürüldüğünde, disk içinde manyetik alan değişimine bağlı olarak girdap akımları oluşacaktır. Diskte indüklenen girdap akımları ve manyetik alanın etkisi ile manyetik kuvvetler meydana gelecektir. Bu kuvvetlerin oluşturduğu toplam moment de, frenleme momentini oluşturacaktır. Bu moment, alüminyum disk ve mıknatısların arasındaki hava aralığına, kutup sayısına, alüminyumun öz iletkenliğine, mıknatısların manyetik ters zorlayıcı alanına, mıknatısların tasarımına, diskin geometrik yapısına (yarıçap, kalınlık vb.) bağlı bir fonksiyondur. Konvansiyonel manyetik frenlerde, elektromıknatıs bobinlerden geçen akım değiştirilerek manyetik frenleme kontrol edilir. Üzerine çalıştığımız tasarımda ise manyetik frenleme, sürekli mıknatıslar ile alüminyum disk arasındaki hava aralığı değiştirilerek kontrol edilmiştir. Tasarımın uygulamasında karşılaşılacak bir diğer problem de sıcaklıktır. İletken disk içinde oluşan girdap akımları vasıtası ile mekanik frenleme enerjisi ısı enerjisine dönüşecektir. Bu ısı enerjisi, alüminyum disk üzerine yerleştirilen hava kanaları yardımı ile atmosfere aktarılabilir. Dolayısı ile diskin aşırı ısınması engellenir.Kalıcı mıknatıslı manyetik frenin moment kapasitesini etkileyen en önemli parametrelerden biri de iletken diskin konstrüksiyonudur. Yarıçap, girdap akımlarının oluştuğu etkin alan; gibi büyüklükler frenleme moment kapasitesini doğrudan etkileyen büyüklüklerdir; büyük moment değerlerine ulaşmak için yer sınırlamasından dolayı istenildiği kadar büyük yarıçap ve kalınlık seçilemez. Aksi takdirde, paketleme problemi ile karşılaşılır ve manyetik frenin iki şasi arasına konumlanması imkânsız olur. Ayrıca, ağır bir disk, doğrudan şafta bağlı olduğu için araç dinamiğini etkileyecektir. Bu sebepler göz önünde bulundurulduğundan, disk parametreleri seçilirken, hali hazırdaki diske atıfta bulunulmuştur.Alüminyum disk döndüğünden girdap akımlarının oluşması için alüminyum disk zaman içinde sabit bir manyetik alana değil, değişken bir manyetik alana maruz kalmalıdır. Değişken manyetik alan, mıknatısların bir S kutup ve bir N kutup çiftinin çok sayıda tekrarlanarak dizilmesi ile sağlanmıştır; ancak Halbach dizilişleri gibi fark dizilişler de kullanılabilir.Sıralı mıknatısların kutup sayısı, frenleme momentini etkiyeceği düşünüldüğünden; farklı kutup sayılarında analizler yapılarak kutup sayısının frenleme momentine etkisi irdelendi. Hali hazırdaki ağır vasıta araçlarda kullanılan, bobinli bir manyetik frene atıfta bulunularak ilk olarak 8 kutuplu bir fren tasarlanıp; farklı devir/dakika değerleri için frenleme momenti analiz edildi. Daha sonra kutup sayısı iki katına çıkarılarak, farklı devir/dakika değerleri için tekrar analizler yapıldı. Kutup sayınsın etkisini daha iyi irdelemek için 24 kutuplu bir tasarım daha geliştirilerek, frenleme momenti için analizler koşturuldu.Frenleme momentinin kontrolü, mıknatıslarla alüminyum diskin arasındaki hava aralığı değiştirilerek yapılacağından, farklı hava aralığı değerleri için frenleme momentinin değişimi irdelendi. Farklı kutup sayıları ile yapılan ilk analizler 1 mm hava aralığı ile yapıldığından, ilaveten 3 mm ve 5 mm hava aralığına sahip modellerle de; 600, 900 ve 1200 devir/dakika da analiz edilmiştir. Bu şekilde hava arlığının değişimi, farklı kutup sayılarında nasıl bir frenleme momenti değişim göstereceği gözlendi.İletken diskin üzerine gelen manyetik alan şiddetini artırmak için, bir başka yöntem de mıknatısların arkasına bir boyunduruk yerleştirmektir. Böylece manyetik alan geçirgenliği havaya nazaran çok yüksek malzeme eklenerek, toplam manyetik direnç azaltılır ve alüminyum üzerine daha etkin manyetik alan çizgileri düşmesi sağlanır. Bu çalışmada da boyunduruk eklendikten sonra; 8, 16 ve 24 kutuplu tasarımlarda, 600 devir/dakikada frenleme momenti hesaplatıldı ve boyunduruk etkisi bu tasarımlar için irdelendi. Frenleme momentini etkileyen bir başka tasarım parametresi ise kullanılan mıknatısların kalınlıklarıdır. Mıknatısların kalınlıları artırıldığı takdirde iletken disk üzerinde düşen manyetik akı yoğunluğu artar. Fakat manyetik akı yoğunluğunun artışı mıknatıs boyu ile lineer bir şekilde artmaz. Mıknatıs kalınlığı artıkça manyetik akı yoğunluğu artışı düşer. Mıknatıs kalınlığı etkisi gösterilmesi için 8 mıknatıslı tasarım farklı kalınlıklarla 900 devir/dakikada analiz edilmiş ve frenleme momenti-mıknatıs kalınlığı grafiği çıkartılmıştır.Bu çalışmada manyetik fren momentine etkiyen 4 temel etkiden bahsedilmişidir. Bunlar iletken disk ile mıknatıslar arasında ki hava aralığı, manyetik geçirgenliği yüksek boyunduruk kullanımı, mıknatıs sayısı ve mıknatıs kalınlıklarıdır. Bu parametrelerin manyetik fren momentine nasıl bir etkisi olduğu çalışmanın sonunda değerlendirilip son bölümden tartışılmıştır. Örneğin boyunduruk kullanımı 8 mıknatıslı tasarımda ciddi bir artış sağlarken, aynı artış 24 kutuplu tasarımda gözlemlenmemiştir. Hava aralığı artışı 24 mıknatıslı tasarımda ciddi bir moment kapasitesi düşüşüne sebep olurken, 8 mıknatıslı tasarımın frenleme momenti düşüşü daha az olmuştur. Frenleme momentinin kapasite artışı, mıknatıs kalınların artışı ile bir değerden sonra azalmış ve artış yok denecek kadar küçülmüştür. Benzer şekilde mıknatıs sayısı ile de frenleme momentinde artış gözlemlenmiştir; ancak belirli bir mıknatıs sayısından sonra yüzey etkisi sebebiyle frenleme kapasitesi düşüşe geçmiştir. In this study, electromagnet coils, which are used a source of magnetic field, are removed from conventional magnetic brake and permanent magnets replaced with these coil. Therefore, the design is simplified by eliminating coil and electrical source which feeds the coils. Then, total braking torque is calculated while changing main design parameters and the effect of these parameters over magnetic brake torque are examined. Those calculations are performed numerically in computer using software packages.Conventional magnetic brakes employ a set of electromagnet coils to generate magnetic field. The value of the applied current determines the value of magnetic field produced by these coils. As a result, the value of the applied coil current determines the total braking moment. In this study, the moment of permanent magnet brake is controlled by adjusting the airgap between the permanent magnets and the conductive disk. If the airgap is increased, the effect of magnetic field over conductive disk decreases. Therefore, total brake moment decreases, and vice versa.One of the problems which must be dealt with is the heat generation within the disk while the magnetic brake is in braking action. The mechanical energy is converted into heat energy through the medium of eddy currents. This heat energy must be transferred to the surrounding atmosphere directly or by means of forced cooling system in order not to overheat components of magnetic brake. The problem can be solved with radial air channels which can be placed on conductive disk because of fact that these radial channels provide air circulation from center to edge of disk. Thus, the circulating air transports heat from disk to surrounding atmosphere. The design issues regarding the cooling system are not, however, studied in this thesis. One of the most important parameters which affect the moment capacity of a magnetic brake is the construction of conductive disk. The radius of the conductive disk, the effective area in which eddy-currents occur, the thickness of the disk are the constructional parameters which have direct effect on moment capacity. Nonetheless, choosing excessively large radius and thickness values in order to increase the moment capacity cause geometric integration problems. Furthermore, heavy disk have an impact on vehicle dynamic owing to the fact that conductive disk is directly connected to shaft. In the light of this circumstance, disk is designed based on commercial available brake systems.The material properties of conductive disk are important factors which affect design and the torque characteristic of permanent magnet brake. For instance, the self-conductivity of the disk influences amount of eddy currents which occur inside of the disk. Thus, the torque capacity of permanent magnet brake is affected by self-conductivity. Furthermore, the thermal properties of conductive disk have an effect on disk design owing to the fact that thermal properties determine the amount of heat energy which transfers from disk to air. Additionally, strength of material is another conductive disk feature which must be considered in order to provide durable magnetic brake. Then, the density of the disk material is an important factor in terms of vehicle dynamic and fuel economy due to the fact that conductive disk is directly installed to prop shaft. Also, the material cost is a significant factor for project feasibility. In light of this information, the conductive disk material is selected from among coper, steel and aluminum (the materials that are commonly used in the industry) by making optimization with respect to material properties. The key parameter of permanent magnet brake is the magnetic properties of the magnets. Because the eddy current and magnetic torque are generated owing to magnetic field and relative angular velocity between magnets array and the disk. The angular velocity of prop shaft is related to vehicle speed. In addition, magnetic flux density occurs with respect to magnetic coercivity of magnet; therefore, choosing magnetic material for permanent magnet is so significant. Hence, NdFeB magnet is selected for this study on account of fact that NdFeB magnets are used commonly, magnetized easily and have high magnetic coercivity. Their disadvantage are, however, low curie temperature. Therefore, heat generation problem must be solved with cooling system.In order to generate eddy currents in a rotating conductive disk, the disk must be exposed to a time-changing magnetic field according to Faraday's Law. This time-changing magnetic field is obtained by a number of repeated N-S pole pairs, but different arrays such as Halbach array can also be used alternatively. Since it is assumed that the number of magnetic poles influences total magnetic brake moment, therefore, the effect of the pole number on the moment is investigated. Referencing to commercially available heavy vehicle brake system with electromagnet coils, first 8-pole permanent magnet brake is designed and then analyzed for different operating speed values. The pole number is doubled and the analyses with 16 poles are performed with different speed values to draw the moment-speed characteristic curve. In addition, analyses of another design with 24 magnets are performed for different speed values to understand comprehensively the effect of number of poles. The magnetic brake torque is controlled by adjusting airgap between the permanent magnets and conductive disk. Hence, numerical torque calculations are analyzed with different air gap lengths. 1 mm air gap is defined for first calculation with different rpm values. Then, the analyses are performed with 3 mm airgap and 5 mm airgap at 600, 900, 1200 revolutions per minute for designs with 8, 16 and 24 poles. The results of these analyses are compared according to airgap lengths. Finally, the effect of air gap between magnets and conductive disk is monitored. Another way is to place an iron in the rear of magnets in order to increase magnetic field intensity inside the conductive disk. In other words, total magnetic resistance is reduced while adding a component whose magnetic permeability is extremely high compared with the magnetic permeability of air. Additionally, the magnetic brake moments are calculated for the designs having backiron at 600 rpm and the effect of backiron is evaluated by comparing the designs which do not have a backiron.One of the parameters which affect the magnetic brake torque is the thickness of permanent magnet. Provided that the thickness of permanent magnet is increased, the magnetic flux density which is produced by permanent magnet rises inside the conductive disk. Nonetheless, this magnetic flux density increase is not linear proportional to magnet thickness increase. The enhancement of magnetic flux density decreases with increasing permanent magnet thickness. Furthermore, the magnetic brake moments for 8-pole design are analyzed while changing the thickness of magnets at 900 rpm and the curve of magnetic brake torque is plotted with to respect to magnet's thickness. Four main factors which are affecting the magnetic brake moment capacity are mentioned in this study. These are airgap between permanent magnets and conductive disk, the presence of backiron whose magnetic permeability is high, the number of magnets, and the permanent magnet thickness. These factors are evaluated and discussed in order to understand their influence on magnetic torque characteristic. For example, backiron increases dramatically the torque capacity of magnetic brake for 8-poles design whereas backiron is not able to provide the same expectation about torque increase for 24-pole design. In additional, the increase of airgap diminishes extremely brake torque of the design with 24 poles. However, this torque reduction is low 8-pole design compare to 24-poledesign. The brake torque capacity enhances with enlargement of magnet thickness, however, the increase of thickness is not feasible after a peak value. The number of magnets generally increases torque capacity of magnetic brake, but torque capacity decreases after a pole number because of eddy current skin effect. 121

Nükleer reaktörlerde güvenlik limitleri belirlenirken yapılan nötronik hesaplamaların doğru ve hassas bir şekilde yapılması reaktör güvenliği açısından oldukça önemlidir. Nötron tesir kesitlerinin oluşturulması da yapılan bu hassas hesaplamaların içinde yer almaktadır. Bu işlem sırasında bazı basitleştirmeler, kabuller ve yaklaşımlar yapılmaktadır. Hesaplama maliyetini düşürdüğü için genelde yakıt elemanı içinde izotermal sıcaklık yaklaşımı kullanılmaktadır. Böyle bir yaklaşım ise reaktör parametreleri üzerinde belirsizliklerin oluşmasına neden olmaktadır. Yakıt içinde bulunan izotopların etkin tesir kesitleri özellikle rezonans bölgesinde Doppler etkisinden kaynaklı sıcaklıkla doğrudan değişmektedir. Sıcaklıkla değişen tesir kesitleri ise öz-zırhlama hesaplarını etkilemektedir. Bu yüzden yakıt içindeki sıcaklık profili kullanılarak hesaplamaların yapılması daha doğru sonuçlar verecektir.Bu tezin amacı, ısı denklemi ile reaktör fiziği kodunu birleştirerek yakıt içinde izotermal sıcaklık yaklaşımından kaynaklı belirsizlikleri incelemektir. Yakıt elemanı, radyal uzanımı boyunca farklı sıcaklıklara sahip çok bölgeli gösterimle tasvir edilerek, radyal sıcaklık profilinin reaktör parametreleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Hesaplamalarda DRAGON kodu kullanılmıştır. Bu hesaplamalar sırasında eksenel yöndeki sıcaklık değişimi göz önünde bulundurulmamıştır.Hesaplamalarda referans olarak `Modellemede Belirsizlik Analizi – Uncertainty Analysis in Modelling` (UAM) kapsamında incelenen PWR TMI-1, BWR Peach Bottom ve VVER-1000 Kozloduy reaktörlerinin birim hücreleri kabul edilmiştir. İzotermal sıcaklık yaklaşımının sonuçları ile sıcaklık profilinin kullanıldığı durumdaki sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sıcaklık profilinin kullanımının kritiklik değişimi, δk, Doppler katsayısı, radyal ısı üretim hızları ve sıcaklık dağılımları üzerindeki etkileri incelenmiştir.Sonuçlar göstermektedir ki, k∞ değerindeki değişimin büyüklüğü reaktör tipine, ortalama yakıt sıcaklığına, kullanılan tesir kesiti kütüphanesine, çözüm metoduna ve hesaplamalarda kullanılan diğer parametrelere doğrudan bağlıdır. DRAGON kodu ile yapılan hesaplamalarda, üç reaktör tipi için k∞ değerinde sıcaklık profilinin kullanımından kaynaklı yaklaşık 110 pcm'lik, çok-bölgeli gösterimden kaynaklı yaklaşık 220 pcm'lik düşük tahmin hesaplanmıştır. Reaktivitenin Doppler katsayısında ise %5-10 oranında yüksek tahmin hesaplanmıştır. Yakıtın içindeki ortalama sıcaklık arttıkça, sıcaklık profilinin kullanımından kaynaklı k∞ değeri üzerindeki etkisi de artmaktadır. Her 100 K'lik sıcaklık artışı k∞ üzerinde 15 pcm'lik değişime neden olmaktadır. Farklı nötron tesir kesiti kütüphanelerinin kullanımı ise k∞ üzerinde en fazla 5 pcm'lik bir değişime neden olmuştur. Aynı kütüphanenin farklı versiyonları arasında ise fark gözlenmemiştir. Farklı enerji grup sayısına sahip ENDF/B-VII.1 kütüphaneleriyle yapılan incelemelerde, enerji grup sayısı arttıkça sıcaklık profili kullanımından ve çok-bölgeli gösterimden kaynaklı k∞ değerinde yaklaşık 26-27 pcm'lik bir fark gözlenmiştir. Yakıt demeti için yapılan hesaplamalarda ise yakıt demetinin tamamında sıcaklık profilinin kullanılmasını modellemek yerine ortalama güç üretimine sahip bir yakıt çubuğu için modelleme yapıp tamamı için çıkarımda bulunulabileceği görülmüştür. Yapılan hesaplamaların sonucunda, yakıt bölgesini çok-bölgeli gösterim ile sıcaklık profili kullanılarak modellenmesi güvenlik kısıtlamalarını doğru bir şekilde hesaplayabilmek için gerekmektedir. Accurate and precise neutronics calculations are important for reactor safety while defining safety limits for nuclear reactors. These calculations include the generation of neutron cross sections, as well. Some simplifications, assumptions and approaches are made during this process. Isothermal temperature approach is usually used in the fuel element since it reduces the computational cost. Such an approach leads to uncertainty on the reactor parameters. The effective cross-sections of the isotopes in the fuel vary directly with the temperature due to the Doppler effect, particularly in the resonance zone. Temperature-dependent cross section affects the self-shielding calculations. Therefore, use of the radial temperature profile in the fuel will give more accurate results. The aim of this thesis is to investigate the uncertainties due to the isothermal temperature approach in the fuel by solving heat equation with the space-dependent volumetric heat generation rate and temperature-dependent thermal conductivity coupled with the reactor physics code. The effect of the radial temperature profile on the reactor parameters was investigated by describing the fuel element with a multi-zone representation with different temperatures along the fuel radius. The DRAGON code is used in calculations. In the calculations, the effect of axial temperature change was not considered. The unit cells of the PWR TMI-1, BWR Peach Bottom and VVER-1000 Kozloduy reactors examined in the Uncertainty Analysis in Modeling (UAM) project were used as reference in the calculations. The results of the isothermal temperature approach were compared with the results of the temperature profile. The effects of temperature profile on criticality change, δk, Doppler coefficient, radial heat generation rates and temperature distributions were investigated.The results show that the magnitude of the change in k∞ depends directly on the reactor type, the average fuel temperature, the cross section of the library used, the solution method and other parameters used in the calculations. For three reactor types, there is an under estimation of approximately 110 pcm due to the use of the temperature profile and approximately 220 pcm due to the multi-region representation in k∞. Doppler coefficient of reactivity is overestimated to be 5-10%. As the average fuel temperature increases, the uncertainty in k∞ due to the use of the temperature profile also increases. An increase of 100 K in temperature is caused by a change of 15 pcm in k∞. The use of different neutron cross-section library leads to a change of maximum 5 pcm in k∞. There is no observed difference between the different versions of the same library. While examining effect of ENDF/B-VII.1 libraries with different energy group numbers, about 26-27 pcm in the k∞ value due to the use of the temperature profile and the multi-region representation is observed as the number of energy groups increases. In addition, the calculations made for the fuel assembly show that the full assembly can be deducted by modeling a fuel rod with average power, instead of modeling the full assembly. As a result of the calculations, the modeling of the fuel element with the temperature profile as the multi-region is required in order to accurately estimate the safety constraints. 55

Kanser insonoğlunun ikinci ölüm nedeni sayılarak bu hastalığın tedavisinde bir çok teknik sergilenir. Sunulan tezde plazmonik fototermal tedavi (PPTT) ve Radyofrekans (RF) hipertermisi araştırılmıştır. PPTT yönteminde oluşan ısı, plazmonik fototermal tedavi (PPTT) hipertermi tekniği kapsamında kanser hücerelerine hasarı değerlendirilmiştir. Farklı altın esaslı altın nanopartiküller (AuNPs), altın nanoçubuk (AuNRs), ultra küçük altın nanopartikül (UFAuNPs), büyük çapta altın nanopartikül (LSAuNPs) ve altın nanomercek (AuNLs) nanoyapılar ile demir oksit bazlı (IONPs) ve altın kaplı IONPs (Au@IONPs) nanoyapılar sentezlenerek, gereken modifikayon aşamaları tamalanmıştır. Nanoyapılar ζ-sizer, UV spektrofotometre cihazları yardımı ile karakterize edildikten sonra Transmisyon Elektron Mikroskop (TEM) ile kristalografi analizleri yapılmıştır. PPTT için kullanılan farklı lazer jeneratörleri (445, 532, 650, 808 nm) yapılıp Radyofrekans hipertermisi aşamaları için, Ground-plane anten modüllü RF jeneratörü (144.015 MHz) kombine edilmiştir. PPTT yöntemi nanoyapıların agar jelatin gibi farklı fantom modellerinde uygulanıp fototermik sıcaklık termal kamera ile izlenerek değerlendirilmiştir. Elektriksel iletkenlik değerleri ölçülmüş, MATLAB programı destekli COMSOL yazılımı ile sentezlenen nanoyapıların lokal yüzey plazmon rezonans (LSPR) ve plazmonik-plazmonik etkileşimi modellenerek değerlendirilmiştir. Hücre kültürü (2D) deneylerinde, DLD-1 ve fibroblast hücre hatları kullanılarak, PPTT nin termal hasar etkisi (nanofototermoliz) apoptoz ve nekroz indeksleri şeklinde değerlendirilmiştir. Tavuk göğsü ve karaciğer tümör örnekleri (3D) cansız fantom modelleri olarak kullandıtan sonra PPTT ve RF hipertermi uygulanıp histopatoloji değerlendirmeler yapılmış. Ayrıca RF ve lazerin dokuda penetrasyonu ve nanoyapılar ile hasar etkisi kantitatif veriler şeklinde raporlanmıştır. Nanoyapılar eşliğinde PPTT ve RF hiperterminin histopatolojik ve histomorfolojik hasar etkileri, örnekler Hematoksilin-Eozin (H&E) boyanması sonucu izlenerek kalitatif veriler şeklinde değerlendirilmiştir. Termal kamera değerlerine göre AuNLs, ∆T= 29.8 °C sıcaklık gradyanı ile en baştadır. AuNRs ve AuNPs, ∆T=23.1 °C ∆T= 21.0 °C ve distile su ∆T=3.2 °C ile AuNLs leri izler. Hücre kültürü deney sonuçlarına göre DLD-1 hücre hattında, AuNLs: %68.75 ile en yüksek apoptoz oranına ve AuNR ler: %52.66 ve AuNPs %37.54 derğerleri ile AuNLs apoptoz değerini inzlenmektedir. Biyouyumluluk sonuçlarına göre, en yüksek canlılık AuNP yapılarına %96.6 indeksi ile ardından AuNLs ve AuNRs yapıları %93.38 ve %92.72 hücre canlılığı yüzdeleri ile AuNP ler izlemektedir. RF: 3D fantom modellerinde yapılan histopatolojik deneyler sonucu, tavuk göğsü modelinin, 120W RF hipertermisinde, 20 dk süre ile, 2 cm kalınlıktaki kesitte, çizgili kas liflerinde ciddi dejeneratif bozukluklar görülmüştür. RF hiperterminin karaciğer tümöründeki de penetrasyon, 2 cm kadar inip, 2 cm kesitte ve aynı şartlarda, fibrotik alanların bulunduğu ancak doku genelinde hyalizasyon çok belirgin olduğu bulunmuştur.Lazer: 3D modelin 532 nm lazer penetrasyon maksimum 50 µm ve bu gurupta hala ciddi onarılamaz hasarlar görünür. Tavuk modelinde, 808 nm lazer için penetrasyon 3 mm ve fibroz benzeri değişiklikler izlenmiştir. Tümör modelinde, 808 nm lazer lüminasyonu sonunda penetrasyon 4 mm ye kadar dokunun içinde ilerleyerek H&E boyaması sonrası dokudaki hasarlar mikroskob ile görüntülenmiştir. Örneğin parankim ve stroma yapısında hiyalin deformasyon PPTT'nin dominant etkisi sayılır. Cancer is the second leading cause of death in human being. There are many techniques in cancer therapy. In this dissertation the damaging effects of heat generation (laser hyperthermia) via plasmonic photothermal therapy (PPTT) in an environment modified by nanoparticles were studied. Nanoparticles synthesized in PPTT were gold based such as, gold nanoparticles (AuNPs), gold nanorods (AuNRs), ultra fine gold nanoparticles (UFAuNPs), large size gold nanoparticles (LSAuNPs) and gold nanolens (AuNLs) morphologies and iron based nanostructures such as iron oxide nanoparticles (IONPs) and gold coated iron oxide nanoparticles (Au@IONPs) which were applied in RF hypethermia. Nanostructures were characterized by ζ-sizer, UV spectrophotometery techniques. Crystalographic analysis of the nanoplatforms were examined by Transmission Electron Microscopy (TEM). Laser beam suppliers with (445, 532, 650, 808 nm) wavelengths were used as energy sources in the next steps of examines. A ground-plane antenna RF system (144.015 MHz) was designed to be used during RF hyperthermia studies on 3D phantom models. Moreover, nanostructures and agar gelatin combinations nanoparticles solution were investigated during PPTT assays to determine heat generation via electrical conductivity assays. Nanoparticles mixed in an ice bloc were studied to observe the influence of heat generation of PPTT phenomena. Laser and nanoparticle transactions were investigated and temperature gradients' images were captured by IR thermal camera. `MATLAB` supported `COMSOL Multiphysics 4.0a` software was applied to simulate plasmonic-plasmonic interaction of nanostructures and other models of heat increament in PPTT. DLD-1 (Duke's type colorectal adenocarcinoma cells) and fibroblast cells cutivation were applied in order to exhibit thermal damage effects (nanophotothermolysis) of PPTT on live objects in in-vitro (2D) examines of PPTT. Chicken breast and liver tumor specimens were used to follow penetration depth investigations of PPTT, RF hyperthemria on non-living 3D phantoms. Thermal effects of PPTT and RF hyperthermia were evaluated after H&E staining of specimens throughout histopathology and histomorphology stages. Results showed that the highest thermal increamet was attained with AuNLs nanoparticles ( ∆T= 29.8 °C) followed by AuNRs and AuNPs with ∆T= 23.1 °C and ∆T= 21 °C respectedly. Distilled water with ∆T= 3.2 °C was negligible. The cell viability ratio as biocompatibility index was the highest in AuNPs group with 96.6% followed by AuNLs and AuNRs with 93.38% and 92.72% in boarder concentration of 1.03×1013 particles/mL. Cells evaluation revealed the highest apoptosis of PPTT in AuNLs incubated DLD-1 cells (68.75%) followed by AuNRs and AuNPs incubated cells (52.66% and 37.54%) indexes respectedly.RF: Quantitative evaluation of histopathologic specimens of non-living phantom models exposed by 120 W (20 min) output showed the damaging effcts in 2 cm depth in chicken breast model. These were pathologic degenerative changes in straight muscle fibers. Hyalin degeneration was the predominant histopathologic change in RF exposure regardless of the power and duration of the exposure in fibrotic sites and in most areas of RF induced regions.Laser: Qualitative histopathology observations of laser exposures (PPTT) on 3D models were defined as below; irreversible damages of lazer (532 nm) illuminations appeared in 50 µm tissue depth. 808 nm laser irradiation exhibited severe irreparable changes in chicken breast tissue up to 3 mm tissue depth with fibrosis like degenerative morphologic damage areas. PPTT laser (808 nm) penetration occured up to 4 mm depth of tumor model and structural disintegrations were acheived according to tissue stained microscopic observations. Hyalin deformation in stroma and paranchymal sturcture of tissue was the predominant histopathologic changes like in RF hyperthermia. 141

Talaşlı imalat işlemlerinde, özellikle sertleştirilmiş çeliklerin tornalanmasında ve titanyum ve nikel bazlı alaşımların işlenmesinde takım, işlenen parça ve meydana gelen talaşın birbirleri ile etkileşimlerinden dolayı oluşan mekanik enerji ısı enerjisine dönüşmektedir. Bunun sonucu olarak da takımda sıcaklık artar ve takım aşınması oluşur. Takımda oluşan aşınma hem takımın ömrüne hem de işlenmiş parça yüzeyinin kalitesine olumsuz etki etmektedir.Kesici takımdaki bu sıcaklık artışını azaltabilmek için birçok yöntem kullanılmıştır. Talaşlı imalatta kullanılan kesme sıvılarının kullanımının bir sebebi de takımda meydana gelen bu sıcaklık artışını azaltmaktır. Kesme sıvıları bazı durumlarda takım-talaş ara yüzeyine nüfus edememektedir. Ayrıca kesme sıvılarının kullanımı, çevreye ve insan sağlığına verdiği zararlardan dolayı da azalmaktadır. Bir diğer çözüm yöntemi olarak, talaş kaldırma işlemi sırasında talaş ile takımın temas bölgesindeki kesici ağzın sürekli olarak değişmi ile takım kesici kenarının doğal olarak soğuması düşünülmüştür. Bu sayede sürekli kesme için takım-talaş temas bölgesi sürekli değişen kendi ekseni etrafında dönen takma uçlu plaketler veya dairesel profilli dönen yuvarlak uçlu takımlar kullanılmaya başlanmıştır. Bu takımlar sayesinde takım aşınmalarının azaldığı ve takım ömrünün arttığı gözlemlenmiştir. Dönen yuvarlak uçlu kesici takımlar birçok fayda sağlamaktadır. Bu takımlar sayesinde takım ömründe artış meydana gelmekte, düşük kesme sıcaklıkları elde edilmektedir. Bu takımlar kullanılarak talaşlı işlenmesi zor olan malzemelerin işlenebilmeleri de kolaylaşmıştır. İşleme sırasında yüksek talaş kaldırma oranları elde edilebilmektedir. Dönen yuvarlak uçlu takımda kesme prosesinin daha iyi anlaşılması, takım geometrisi ve kesme parametrelerinin seçilmesinde fayda sağlayacak ve imalat endüstrisindeki verimlilik gelişmelerine katkı sağlayacaktır. Bu çalışmada öncelikle talaşlı imalat ve kesici takım hakkında kısaca bilgi verilmiş, akabinde dönen yuvarlak uçlu kesici takımların genel prensipleri, sağladığı faydalar, mekaniği, uygulama alanları hakkında bilgiler verilmiş ve bu çalışmanın da konusu olan kendinden dönen yuvarlak uçlu takımlarla yapılan önceki çalışmalar incelenmiştir. Öncelikle kendinden dönen yuvarlak uçlu takım tasarlanmıştır. Tasarlanan takımın Ansys sonlu elemanlar programı ile gerilme ve deformasyon analizi yapılarak, takımın performansı incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda takım mukavemetinin öngörülen talaş kaldırma şartları için yeterli olduğu gözlemlenmiştir. Yüksek performans sağlayan takım tasarımı uygun görüldükten sonra, kesici takım Takımsaş firmasında imal ettirilmiştir. CNC torna tezgahında, kesme hızı, ilerleme, kesme derinliği ve eğim açısı parametreleri kullanılarak üç farklı iş parçası için kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. Kesme parametreleri Taguchi L9 ortogonal deney tasarımına göre belirlenmiş, Taguchi yöntemiyle kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğü için hangi parametrelerin etkin olduğu bulunmuştur. Talaş hacmi ile kesme kuvveti arasındaki ilişki incelenmiştir. Talaş hacmi ile kesme kuvvetinin benzer karakter gösterdiği gözlemlenmiştir. Üç farklı iş parçası için talaşın kırılması incelenmiştir. Talaş kırılması dönen yuvarlak uçlu takım ile, kabul edilebilir talaşlar şeklinde kırıldığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak çeşitli malzemelerin işlenmesinde, geliştirilen kendinden dönen yuvarlak uçlu takımın literatürde görülen benzer takımlara göre daha yüksek performans gösterip, daha fazla kesme derinlikleri uygulanarak talaş kaldırma işlemleri için de uygun olduğu görülmüştür. In machining (material removal) processes, cutting tool, workpiece and occurred chip are interacted converting mechanical energy into thermal energy especially in turning of hardened steels, titanium and nickel–based alloys. As a result of this, heat on cutting tool increases and tool wear occurs. Wear on cutting tool adversely affects tool life as well as machined surface quality.Different methods have been used to minimize the decrease of heat generation on cutting tool. The application of cutting fluids has another reason to decrease heat generation. In some cases, cutting fluids cannot penetrate into cutting tool-chip interface. Moreover, the usage of cutting fluids decreases due to adverse effect on environment and human health.As another solution method, it was considered to cool cutting edge of cutting tool naturally by continuous changing of cutting edge in contact region between cutting tool and chip during machining (material removal) operation. This allows the application of self-propelled rotary tips or circular-profiled rotary rounded cutting tools are started for continuous cutting. It has been observed that tool wears are reduced and tool life is increased by these cutting tools.Self-propelled rotary cutting tools provide various benefits. These cutting tools provide an increase tool life and obtaining lower cutting temperatures.These cutting tools have also facilitated the machining of difficult-to-cut materials. Higher material removal rates can be achieved during machining (material removal) operations. A better understanding of cutting process in self-propelled rotary rounded cutting tools will provide benefits of selecting tool geometry and machining parameters, an contribute to the productivity improvements in manufacturing industry.In this study, brief information about machining (material removal) and cutting tool is firstly presented, and then general principles of self-propelled rotary rounded cutting tools, benefits (advantages) mechanics, application areas have been provided, and previous studies of the self-propelled rotary rounded cutting tool which is the subject of this study, have been examined. Primarily, the self-propelled rotary rounded cutting tool has been designed. The performance of cutting tool has been examined analyzing stress and deformation of designed cutting tool by Ansys finite element programme. It was observed that the results of cutting tool strength analyzing have been sufficient for predicting machining conditions. After providing a high performance cutting tool design, the cutting tool has been manufactured in TAKIMSAŞ Com. Cutting forces and surface roughness values have been measured for three different workpiece materials by using parameters of cutting speed, feed, depths of cut and tilt angle in CNC lathe. Cutting parameters have been determined by the orthogonal Taguchi L9 experimental design, which parameters are effective on cutting forces and surface roughness have been found by Taguchi method. The relation between chip volume and cutting forces has been investigated. It was observed that there are similar characteristics in chip volume and cutting forces. Chip breaking has been examined for three different workpiece materials. It was observed that chip breaking has been acceptable shapes of broken chips by self-propelled rotary rounded cutting tools. As a result, an advanced self-propelled rotary rounded cutting tool has provided higher performance comparing to similar cutting tools mentioned in literature, and it was also seen that it is suitable using higher depths of cut in machining applications. 134

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015, Tornalama, frezeleme, delik delme ve taşlama işlemleri, iş parçasına son şeklin verildiği, en çok kullanılan imalat yöntemlerindendir. Verimliliğin yanında, işlenen parçanın yüzey kalitesi de önemlidir. Bunun için de, kesme parametrelerinin belirlenmesi önemli hale gelmektedir. Talaşlı imalatta kesme parametrelerinin seçimi, işlenen parçanın yüzey kalitesi ve takım ömrü bakımından önemlidir. Bu parametrelerin seçimini etkileyen en önemli problemlerden bir tanesi ise ısı oluşumudur. Takım ömrü, talaşlı imalatın verimliliğini doğrudan etkileyen bir parametre olduğundan kesme sırasında ortaya çıkan sıcaklıkların belirlenmesi sürecin optimizasyonu açısından oldukça önemlidir. Kesme işleminde üç tane ısı oluşum bölgesi vardır. Bunlar; talaş oluşumu sırasında iş parçasında meydana gelen plastik şekil değişiminden kaynaklanan ısının oluştuğu birincil deformasyon bölgesi, takım ve talaş arasında, talaş yüzeyindeki sürtünmeden kaynaklanan ısının oluştuğu ikincil deformasyon bölgesi ve takım ile iş parçasının işlenen yüzeyi arasındaki sürtünmeden kaynaklanan ısının oluştuğu üçüncül deformasyon bölgesidir. Bu üç bölgede oluşan ısının bir kısmı, takım ve iş parçasının ısı iletim katsayısına bağlı olarak, takıma geçer. Böylelikle difüzyon ve ısıl gerilmelere neden olarak takım aşınmasını tetikler. Özellikle takım-talaş arayüzeyindeki maksimum sıcaklık, takım aşınması ve ömrünün belirlenmesi açısından önemlidir. Bu çalışmada dik kesme koşullarında sıcaklık dağılımının hesaplanması için takım-talaş arayüzeyindeki yapışma ve kayma sürtünme durumuna odaklanarak analitik bir model geliştirilmiştir. Geliştirilen modelde birincil kayma bölgesi ve takım-talaş arayüzeyindeki ısı oluşumu dikkate alınmıştır. Bu modelde, birincil deformasyon bölgesindeki malzeme modeli Johnson-Cook bünye denklemi ile ifade edilmiştir. Takım-talaş arayüzeyindeki sıcaklık dağılımı, iki boyutlu ve zamandan bağımsız olarak modellenmiştir. Sabit ısı dağılım oranı ile bu bölgede oluşan ısının %25’inin takıma geçtiği kabul edilerek, takım ve talaş içerisindeki sıcaklık dağılımları iki boyutlu olarak hesaplanmıştır. Talaş içerisindeki sıcaklık dağılımı için; talaş üst yüzeyindeki ve birincil deformasyon bölgesi çıkışındaki sıcaklığın sabit olduğu kabul edilmiştir. Ayrıca talaş hızı yönünde ısı iletimi ihmal edilmiştir. Takım içerisindeki sıcaklık dağılımı, kutupsal koordinatlarda iki boyutlu Laplace denklemi ile sonlu farklar yöntemi ile bulunmuştur. Takım serbest yüzeyindeki sınır şartı taşınım olarak kabul edilmiştir. Analitik modelden elde edilen sonuçları doğrulamak ve çeşitli koşullarda kesme sıcaklığını belirlemek amacıyla bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Deneylerde temassız bir ölçüm yöntemi olan termal kamera kullanılmıştır. Termal kamera ile yapılan deneyler ile hem literatürdeki verilere hem de geliştirilen model ile hesaplanan değerlere uygun sonuçlar elde edilmiştir. Talaşlı imalatta kesme sıcaklıklarının elde edilmesinin zorluğu düşünüldüğünde elde edilen sonuçlar oldukça tatminkardır. Bu çalışma ile elde edilen veriler temel alınıp, geliştirilen model eğik kesme şartlarına ve AISI 1050 çeliğinin tornalama işlemine uygulanarak doğrulanmıştır. Böylece geliştirilen model ile endüstride kullanılan kesme işlemleri için; maksimum kesme sıcaklığı tahmin edilerek daha verimli kesme sağlayacak parametrelerin seçimine olanak sağlamıştır., Turning, milling, drilling and grinding are the most common machining processes for producing final shapes in manufacturing. Beside productivity, part quality is very important too. To achieve this, optimizing the parameters becomes significant subject. Being one of the most important problems in machining is the heat generation which affects selection of cutting parameters. There are three heat generation regions in the cutting process. Plastic deformation in primary shear zone, friction at secondary shear zone and friction between tool and workpiece at third defrmation zone. Depending on the thermal conductivity of the tool and the workpiece, a portion of the heat is transfers to the tool and causes diffusion and thermal stresses which trigger tool wear. Cutting temperatures, especially maximum temperature at tool-chip interface is very important for the tool life. Thus, temperature in machining is an important issue which is the topic of this thesis. The aim of this thesis is to develop an analytical thermal model to predict cutting temperatures. Thesis consists of temperature distribution in chip and tool in orthogonal cutting and adoptation of this model to oblique cutting and turning process. In this study, an analytical model is developed in order to calculate the temperature distribution in orthogonal cutting with dual-zone contact at the rake face. The study focuses on heat generation at the primary shear zone and at the rake face. The material behavior at the primary shear zone is represented by Johnson-Cook constitutive equation whereas the contact at the rake face is modeled by sticking and sliding friction zones. This new temperature distribution model allows obtaining the maximum temperature at the rake face and helps determining two dimensional temperature distribution in the chip and tool. The simulation results obtained from the developed model are also compared with experimental results where good agreement is observed. Firstly, thermal model is developed for orthogonal cutting conditions. Heat generation model in primary deformation zone is that the workpiece material is isotropic, rigid and under shear conditions its thermomechanical behaviour is expressed by Johnson-Cook material model. It is assumed that the chip is formed by shearing in a narrow straight band of thickness whose inclination with respect to the workpiece surface is defined by the shear angle. It is supposed that the material is deformed by shearing in the shear band and that no deformation occurs before and after the band. The secondary shear zone that appears along the tool interface is not considered in the present modelling. The complex material flow near the tool is not accounted for either. It is assumed the model in primary shear zone is restricted to the case of stationary flow. The uncut chip thickness is presumed to be small with respect to the width of cut. It is then justified to consider that the chip is formed under plane strain conditions. The cutting edge is taken as perfectly sharp and the tool is not deformable. The cutting conditions are given it means that the feed, the rake angle and the cutting speed are known. The location of the maximum temperature also changes with the rake angle. The maximum temperature location, with respect to the tool tip, decreases with the increasing rake angle, meaning that as the rake angle increases the maximum temperature location gets closer to the tool tip. Although this behaviour cannot be explained as explicitly as the previous behaviour, it is known that the sticking contact length / total contact length ratio decreases as the rake angle increases. This mechanism shifts the normal and shear stress distributions closer to the tool tip, where high values of the stresses have more impact. Therefore, the higher heat generation exists at locations closer to the tool tip. In the present study, two dimensional and time independent heat transfer model is developed for the temperature distribution in the chip for orthogonal cutting. Heat effects on the primary and secondary shear zones are considered where the material behaviour in the primary shear zone is expressed using the Johnson-Cook material model. Since the model is analytical the solution times are quite short. The model predictions are compared with the cutting temperature data taken from literature. In general, good correlation is obtained with the experimental data for the maximum temperatures. In addition, several simulations such as effect of rake angle on maximum temperature are also done to show the applications of the model in process analysis. Developed model in this study is applied to oblique cutting and turning process. So effects of inclination angle and nose radius can be analysed., Doktora, PhD

Bu çalışmada, uçları sabit bir silindirde üniform olmayan iç ısı üretimi nedeniyle oluşan elastik-plastik gerilme dağılımları incelenmiştir. Üniform olmayan iç ısı üretim miktarı q′′′(r) , silindirin yarıçapının fonksiyonu olarak q′′′(r) = q0′′′[1− n(r b)s ] şeklinde alınmıştır. Bu ifadede q0′′′ , n ve s sabit katsayılardır. Analiz, Tresca akma şartı ve yardımcı akış kuralına dayanmaktadır. Analize göre iç ısı üretimi miktarı artırıldığında silindir içerisinde üç farklı plastik bölge oluşmaktadır. Çalışmada üniform olmayan iç ısı üretimi için sayısal sonuçlar elde edilip, üniform iç ısı üretimi durumu ile karşılaştırma yapılmıştır., The elastic-plastic stress distribution of a solid cylinder with fixed-ends subjected to non-uniform heat source is investigated in this study. The nonuniform heat generation rate q′′′(r) is taken to be a function of the radial position in the form [ ( ) ]s q′′′(r) = q0 ′′′1− n r b , where b denotes radius of the cylinder; q0 ′′′ , n and s areconstants. The analysis is based on Tresca’s yield condition and the associated flow rule. According to this analysis, three different plastic regions occur. The solution is illustrated by numerical results and is compared with uniform heat generation case.

Talaş kaldırma işlemi sırasında üretilen ısı ve bu ısının oluşturduğu sıcaklıklar büyük önem taşımaktadır. Kesme ortamının sıcaklıklarını ölçmek için farklı deneysel yöntemler olsa bile bu yöntemlerin doğruluğu ve doğruluğu ve güvenirliği henüz istenilen seviyeye ulaşmamıştır. Bunun yanında sıcaklık dağılımları üzerine yapılan farklı çalışmalar olsa bile bu çalışmalar birbirini doğrulamamış ve deneysel olarak kanıtlanmamıştır. Bu sebeplerden dolayı hem kesme ortamının sıcaklığının ölçülmesine gerek kalmadan ortamdaki sıcaklıkları ve oluşan ısı akılarını belirleyebilecek tersine ısı geçişi yöntemi popülerlik kazanmıştır.Tersine ısı geçişi yöntemi deneysel veriler ile sayısal çözümlerden alınan sonuçları karşılaştırarak ilerleyen ve ölçümü yapılamayan değişkeni elde etmeye yaratan bir yöntemdir. Talaş kaldırma işleminde bulunmak istenilen değişken ısı akısıdır. Bu çalışmada frezeleme işlemi sırasında parçaya gelen ısı akısının ve iş parçasındaki sıcaklık dağılımının bulunması için tersine ısı geçişi yöntemi kullanılmıştır. Tersine ısı geçişi yöntemi doğrudan problem, deneysel veriler ve tersine problem olmak üzere genel olarak üç ana bölümden oluşur. Doğrudan problem bulunmak istenilen değişkeninin biliniyor olarak kabul edildiği problemdir. Deneysel veriler ise doğrudan problemin sonucunda ortaya çıkacak sonuçların deneysel olarak toplanmasıyla elde edilir. Tersine problem ise doğrudan problemin çözümü ile deneysel veriler arasında karşılaştırmalı olarak ilerleyerek, bulunmak istenilen değişkenin tahmin edilmesidir. Bu çalışmada doğrudan problem talaş kaldırma sırasında iş parçasına gelen ısı akısının bilinmesi durumunda iş parçasındaki sıcaklık dağılımının bulunmasıdır. Doğrudan problem Abaqus ve Matlab programları ile birlikte çözülmüştür. Deneysel veriler frezeleme işlemi sırasında iş parçasından iki tane termoeleman ile toplanmıştır. Tersine problem ise deneysel veriler ile sayısal çözümndeki ilgili noktaların sıcaklık farklarının toplamınının amaç fonksiyon olduğu bir optimizasyon problemidir. Bu optimizasyon probleminde amaç fonksiyonu en düşük yapacak olan ısı akısı aranmaktadır. Optimizasyon problemi de Matlab tarafından çözülmüştür. This master thesis is about heat generation phenomena and determination of work piece temperature during milling process. Heat generation in milling, more generally in machining is a highly complex process due to complex nature of machining. Heat is generated in three different zones which are called primary zone or shear zone, secondary zone or rake face zone and lastly tool clearance face or work surface zone. In primary zone heat is generated because of the plastic deformation of the work piece. Most of heat is generated during the machinin operation is generated in this region. In secondary zone the heat is generated because of the fricton between tool and chip. Heat generated in primary zone generally flows to work piece and chip, on the other hand, heat is generated in secondary zone generally flows chip and tool. Heat is generated in work surface zone is generated due to fricton between tool and work surface, usually unsharpened tools cause this heat generation and heat flows work piece and tool. As it mentioned basically there are three different heat generation mechanism in machining. During machining heat have to be carried away from cutting medium, work piece, tool and chip behave as heat sink. Besides that in many applications coolant liqiuds is used to carry heat from cutting medium. Temperature of cutting medium is a very important subject about machining because of its effects on productivity, efficiency and quality of manufacturing process. However, any analytical solution or empirical formula which is verified by tests for heat generation in milling has not been derived yet. Many analytical or numerical solutions or techniques have been developed since middle of 20th century, but still there is no verified general solution about heat generation or formula / tehcnique about determination of cutting medium temperature. Due to this, heat generation cannot be controled by cutting parameters. Apart from these cutting medium temperatures cannot be measured by any technique. There are many measurement technique such as tool-work piece thermocouples, embedded thermocouples, single-wire thermocouples, infared based measurement methods, thermal cameras. Every measurment technique has its advantages and disadvantages, and all of them are used in different applications. However, these methods are not accurate or reliable enoguh to determine exact temperature of a exact place in cutting medium. Due to the reason that there is no verified approach for heat generation and measurement techniques for cutting medium temperature; inverse heat transfer method is employed to estimate them. Inverse heat transfer method is used for estimation an unknown such as a thermo- psychical property or a heat flux. In this method unknown is determined iteratively between based on experimental results. In this study, it is used for estimating heat flux generated by machining process. Inverse heat transfer method is used to estimate an unkown function or variable in different problems where direct measurement techniques cannot be applied. This method is used first time n the middle of 20th centruy, however, because of the mathematical problems of this method it had not been used effectively since numerical and optimization methods were developed. Espically in last decade of 20th century, after computer powers increase, inverse heat transfer method gained popularity and its applications increased. Mainly inverse heat transfer method has three different parts namely direct solution, experimental results and optimization. Direct solution is solution of the direct problem which is the problem while the unknown is estimated. Generally direct problem is solved by numerical methods. In this problem direct solution is the solution of heat transfer problem of milling operation with a random heat flux, in other words thermal analysis of milling operation. A 100 x 100 x 2 milimeters work piece is choosen for this study. Due to its very small thickness, the temperature gradient in z direction is assumed as zero. Thermal analysis of milling operation is a 3-D transient heat transfer problem which involves a moving heat source and chip disposal process. In milling process heat is generated by cutting of metal and due to this fact location of the tool can be considered as location of the heat source. For this reason, heat source is modelled as a moving heat source and its motion is modelled based on motion of the tool. In real situtation heat flux applied to work piece might increase and decrease, but in this study heat flux is assumed as constant during the operation to simplify model. Besides this heat source in real is a half circle because of shape of the tool, however, in this study heat source is modelled as linear since tool has high angular and linear velocity of tool. Another important subject of this problem is chip disposal. Due to the chip disposal process, there has to be a mass extraction from system based on motion of tool or another word heat source. Top, bottom and side surfaces of work piece, there is a natural convection boundary condition and heat is convected to ambient air. Shortly, therma analysis of work piece is a 3 D transient heat transfer problem with a heat flux boundary condition that has a motion, a mass extraction process and natural convection boundary condition.To model motion of heat source and chip disposal process, two different software packages, which are Abaqus (uses finite element method to solve heat transfer problems) and Matlab, are used to solve this problem. Motion of heat source is not modelled as continous, instead of it, it is modelled discretely. There are different ways to model a moving heat source in a commercial code, but chip disposal process cannot be done by conventional methods. To model milling process with motion of heat source and chip disposal process, thermal analysis is divided into 125 steps. In every step, specific meshes are discarded from problem for chip disposal and heat source is replaced for motion of it. Temperature distribution of work piece at the end of a step is used as intial condition of next step. After mesh are discarded, heat source is relocated. Hence, heat source does not move continously, it moves discretely step by step. Basically, thermal analysis of milling process is not a one analysis, it is a sum of 125 analysis. Mesh discarding process and replacement of heat source for every step is done by Matlab. Thermal analysis is done by Abaqus but analysis is prepared by Matlab. Meshes that need to be discarded are determined for every step, so relevant Abaqus files are rewritten for every step to prepare a new analysis and Abaqus is executed via Matlab. Therefore motion of heat source and chip disposal could be modeled. Next step of inverse heat transfer method is collecting experimenta data. Experimental results are temperature data which is collected from spesicific points in work piece during milling. Experimental data for inverse heat transfer method is collected from milling test. Work piece, dimension of which are specified, are milled with specific cutting parameter by a CNC machine. Temperature data is collected from specific points of work pieces by two thermocouples. Thermocouples has approximately 0.1 milimeter diameter and they are located to holes that has diameter of 1 milimeter. They are located in the middle of work piece in z direction. Also to eliminate side effects they are located 45 milimeter and 55 milimeter to front face. Thermocouples distance to cutting surfaces is 2 milimeter. They should be close to cutting surface to increase accuracy of inverse heat transfer method. On the other hand, if thermocouples are located more close to cutting surface, temperature rise might be too rapid for dynamic response of thermocouples and measurement errors can occur. To prevent those errors and increase accuracy, they are located to 2 milimeter to cutting surface.Last step of inverse heat transfer method is the solution of the inverse problem. In this part, result of direct solution and experimental temperature data are compared. Heat flux value of direct solution is altered respectively those comparison and the heat flux makes differences between minimum is determined as solution of the problem. In other words, this step is an optimization problem which aims to minimize objective function which is sum of differences between temperature of specified points in work piece in solution of direct problem and experimental temperature data. Simplex method is used for optimization of inverse heat transfer method. In this step of inverse heat transfer method Optimization Toolbox of Matlab is used. Heat flux generated by milling operation and applied to work piece is obtained by the last step of inverse heat transfer method. After estimation of heat flux, temperature of specific points are determined to analyze accuracy of method. Experimental temperature data and estimated temperature values are compared and sum of errors for a single thermocouple varies from 3% to 5%. Also similar heating and cooling trends are observed in both experimental and numerical results. Therefore it can be assumed that inverse heat transfer method is applied succesfully to milling operation. During milling operation, forces that applied to work piece to mil work piece are measured by a force measurement system. Forces are collected for three directions. Total work to remove metal from work piece are calculated by analytical methods for milling. To calculate total work done by tool, firstly shear and friction forces are calculated based on force data what are collected during test. Then work are done by shear and friction forces are obtained based on friction, shear forces and cutting velocity and chip velocity. Sum of those works is total work done by machining process. After determination of the heat flux which is generated by machining process and applied to work piece, temperature distribution of work piece is obtained from numerical solution. Therefore temperature of different regions of the work piece for whole milling operation is obtained. Also temperature varitaion in time and space for specific points is determined. Effects of milling operation is observed and heating and cooling trends is investigated during and after milling process. Avarage chip temperatures are estimetad from numerical solution of milling process. Temperature determination of work piece and chip temperature during milling process are important for milling operations. Total heat energy which flows to work piece and total work done by machinin process are calculated. Therefore energy rate or in another world energy partition rate is obtained. 85

Bu çalışmada, duvarlarından birinde ısı yayan bloklar bulunan bir kanal içindeki akış ve ısı transferi ele alınmıştır. Akışkan olarak kullanılan havanın kanal girişindeki hızı, zamana bağlı sinüs eğrisi şeklinde periyodik olarak değiştirilmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmalar yapılarak, osilasyonun kanal içindeki akış yapısına ve ısı transferine etkisi incelenmiştir. Problem iki boyutlu ve zamana bağlı olarak formüle edilerek, sayısal çalışmalar laminer ve türbülanslı akışlar için gerçekleştirilmiştir. Bloklarda hacimsel ısı üretimi olduğu varsayılmıştır. Sayısal analizlerin gerçekleştirilebilmesi için kontrol hacmi yaklaşımına ve SIMPLE algoritmasına dayanan bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Türbülansın modellenmesi için k-? türbülans modeli kullanılmıştır. Konveksiyon terimlerinin diskritizasyonu için hybrid metot kullanılmıştır. Zamana bağımlı terimler ise tam implicit metot kullanılarak diskiritize edilmiştir. Cebirsel denklemlerin çözümü için ise Gauss-Seidel iterasyon tekniği kullanılmıştır. Geliştirilen program yardımıyla, çözüm alanı içersindeki hız ve sıcaklık dağılımı belirlenmiştir. Elde edilen sıcaklık dağılımı kullanılarak, blok yüzeylerindeki anlık yerel, anlık alan ortalama ve alan ve zaman ortalama Nusselt sayıları hesaplanmıştır.Deneysel çalışmalar için, bir deney düzeneği kurulmuş ve osilasyonlu akış durumu için deneysel veriler elde edilmiştir. Kanal ve blok geometrik boyutları sabit tutularak, Reynolds sayısının 250, 500, 750, 1000, 10000, 20000, 30000 ve 40000 değerleri, giriş hızı genliğinin 0.0Uo, 0.2Uo, 0.4Uo, 0.6Uo ve 0.8Uo değerleri ve frekansın 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 Hz değerleri için analizler yapılmıştır. Bloklardan hacimsel ısı üretim değeri 0.025, 0.050, 0.075, 0.25, 0.50, 1.0 ve 1.5 W/cm3 olarak dikkate alınmıştır. Deneysel ve sayısal sonuçların ışığında, kanal içindeki akışın Reynolds sayısının, bloklarda gerçekleşen ısı üretiminin ve akışkan giriş hızının salınım genliğinin ve frekansının, akış ve ısı transferine etkileri analiz edilerek, aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.Blok yüzey sıcaklığı birinci blokta en küçük değerde iken, akış yönünde ilerledikçe (blok numarasının artışıyla) artmaktadır. Benzer olarak, blok Nusselt sayısı birinci blokta en büyük değerde iken, blok numarasının artışıyla azalmaktadır. Reynolds sayısının artması ile, kanal boyunca tüm bloklarda yüzey sıcaklığı azalmakta, Nusselt sayısının değeri ise artmaktadır. Bloklarda üretilen ısının artması ile, blok yüzey sıcaklıkları artmakta, Nusselt sayısının değeri ise bu artıştan etkilenmemektedir. Laminer durumda, giriş hızı salınım genliği ve frekansının artmasıyla, tüm bloklarda sıcaklık azalmakta, Nusselt sayısı ise artmaktadır. Türbülanslı durumda, salınım frekansı 3Hz, Reynolds sayısı 20000 ve 30000 için kritik değerdir. Salınım frekansının 3 Hz'den daha küçük değerlerinde, blok sıcaklığı azalış eğilimine girmekte, 3 Hz'den daha büyük değerlerinde ise artış eğilimine girmektedir. Benzer olarak, salınım frekansının 3 Hz'den küçük değerlerinde, Nusselt sayısı artış eğilimine girmekte, 3 Hz'den büyük değerlerinde ise azalış eğilimine girmektedir. Reynolds sayısı 40000'de kritik frekans yaklaşık 5 Hz'dir. Salınım genliğinin artırılması, salınım frekansının değeri kritik noktadan küçük ise, zaman ve alan ortalama Nusselt sayısının değerini artırmakta, salınım frekansı kritik noktadan büyük değerde ise azaltmaktadır. In this study, the flow and heat transfer through a channel having heat dissipating blocks have been considered. Air enters the channel with an oscillating velocity. By performing the experimental and numerical studies, the effects of oscillation on the flow and heat transfer were investigated. The problem was considered as two-dimensional and time-dependent. Numerical studies carried out for laminar and turbulent flows cases. It is assumed that the volumetric heat generation takes place in the blocks. To model the turbulence k-? model was used. A computer program was developed based on the control volume approach and SIMPLE algorithm. The hybrid scheme was used for the discritization of the convective terms. The time-dependent terms were discretized using the fully implicit scheme. The Gauss-Seidel iteration technique was used for solving the algebraic equations. The velocity, pressure, and temperature distributions were obtained for all grid points at different instants of the injection period. Over the block surface, the instantaneous local Nusselt number, instantaneous area-averaged Nusselt number and area and time averaged Nusselt number along the period of injection were calculated using the temperature distribution.For experimental studies, a test setup was established. Experimental data was obtained for steady and oscillary flow cases. Geometrical dimensions of the channel and the blocks were kept constant. The calculations were carried out for different Reynolds numbers (Re=250, 500, 750, 1000, 10000, 20000, 30000 and 40000), oscillation amplitudes (0.0Uo, 0.2Uo, 0.4Uo, 0.6Uo and 0.8Uo), oscillation frequencies (1, 2, 3, 4, 5 and 6 Hz) and heat generation (0.025, 0.050, 0.075, 0.25, 0.50, 1.0 and 1.5 W/cm3). By performing the experimental and numerical studies, the effects of Reynolds number, heat generation in the blocks, and amplitude and frequency of oscillating inlet velocity on the flow and heat transfer were investigated. In this study, the following results were obtained.The surface temperature of the first block is the lowest. The block temperature increases in the flow direction (with block number). Similarly, the Nusselt number of the first block has the highest value. The block Nusselt number decreases with the block number. As the Reynolds number of the flow increases, temperature decreases and Nusselt number increases for all the blocks. With the increase of the heat generation in blocks, the surface temperature of block increases. For laminar conditions, as the oscillation frequency and amplitude of the flow increases, block temperatures decrease and Nusselt number increases for all blocks. For turbulent conditions, oscillation frequency of 3 Hz is a critical value for Re=20000 and Re=30000. Under this critical value of frequency, the bock temperature decreases and Nusselt number increases with decreasing oscillation frequency. Above the critical value of frequency, the block temperature increases and Nusselt number decreases with increasing oscillation frequency. For Re=40000, the critical frequency is 5 Hz. For all Reynolds number, if the oscillation frequency is less than critical value, the Nusselt number increases with increasing oscillation amplitude. However, if the oscillation frequency is greater than critical value, the Nusselt number decreases with increasing oscillation amplitude. 278

Bu çalışmada, duvarlarından birinde ısı yayan bloklar bulunan bir kanal içindeki akış ve ısı transferi ele alınmıştır. Akışkan olarak kullanılan havanın kanal girişindeki hızı, zamana bağlı sinüs eğrisi şeklinde periyodik olarak değiştirilmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmalar yapılarak, osilasyonun kanal içindeki akış yapısına ve ısı transferine etkisi incelenmiştir. Problem iki boyutlu ve zamana bağlı olarak formüle edilerek, sayısal çalışmalar laminer ve türbülanslı akışlar için gerçekleştirilmiştir. Bloklarda hacimsel ısı üretimi olduğu varsayılmıştır. Sayısal analizlerin gerçekleştirilebilmesi için kontrol hacmi yaklaşımına ve SIMPLE algoritmasına dayanan bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Türbülansın modellenmesi için k-ε türbülans modeli kullanılmıştır. Konveksiyon terimlerinin diskritizasyonu için hybrid metot kullanılmıştır. Zamana bağımlı terimler ise tam implicit metot kullanılarak diskiritize edilmiştir. Cebirsel denklemlerin çözümü için ise Gauss-Seidel iterasyon tekniği kullanılmıştır. Geliştirilen program yardımıyla, çözüm alanı içersindeki hız ve sıcaklık dağılımı belirlenmiştir. Elde edilen sıcaklık dağılımı kullanılarak, blok yüzeylerindeki anlık yerel, anlık alan ortalama ve alan ve zaman ortalama Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Deneysel çalışmalar için, bir deney düzeneği kurulmuş ve osilasyonlu akış durumu için deneysel veriler elde edilmiştir. Kanal ve blok geometrik boyutları sabit tutularak, Reynolds sayısının 250, 500, 750, 1000, 10000, 20000, 30000 ve 40000 değerleri, giriş hızı genliğinin 0.0Uo, 0.2Uo, 0.4Uo, 0.6Uo ve 0.8Uo değerleri ve frekansın 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 Hz değerleri için analizler yapılmıştır. Bloklardan hacimsel ısı üretim değeri 0.025, 0.050, 0.075, 0.25, 0.50, 1.0 ve 1.5 W/cm3 olarak dikkate alınmıştır. Deneysel ve sayısal sonuçların ışığında, kanal içindeki akışın Reynolds sayısının, bloklarda gerçekleşen ısı üretiminin ve akışkan giriş hızının salınım genliğinin ve frekansının, akış ve ısı transferine etkileri analiz edilerek, aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Blok yüzey sıcaklığı birinci blokta en küçük değerde iken, akış yönünde ilerledikçe (blok numarasının artışıyla) artmaktadır. Benzer olarak, blok Nusselt sayısı birinci blokta en büyük değerde iken, blok numarasının artışıyla azalmaktadır. Reynolds sayısının artması ile, kanal boyunca tüm bloklarda yüzey sıcaklığı azalmakta, Nusselt sayısının değeri ise artmaktadır. Bloklarda üretilen ısının artması ile, blok yüzey sıcaklıkları artmakta, Nusselt sayısının değeri ise bu artıştan etkilenmemektedir. Laminer durumda, giriş hızı salınım genliği ve frekansının artmasıyla, tüm bloklarda sıcaklık azalmakta, Nusselt sayısı ise artmaktadır. Türbülanslı durumda, salınım frekansı 3Hz, Reynolds sayısı 20000 ve 30000 için kritik değerdir. Salınım frekansının 3 Hz'den daha küçük değerlerinde, blok sıcaklığı azalış eğilimine girmekte, 3 Hz'den daha büyük değerlerinde ise artış eğilimine girmektedir. Benzer olarak, salınım frekansının 3 Hz'den küçük değerlerinde, Nusselt sayısı artış eğilimine girmekte, 3 Hz'den büyük değerlerinde ise azalış eğilimine girmektedir. Reynolds sayısı 40000'de kritik frekans yaklaşık 5 Hz'dir. Salınım genliğinin artırılması, salınım frekansının değeri kritik noktadan küçük ise, zaman ve alan ortalama Nusselt sayısının değerini artırmakta, salınım frekansı kritik noktadan büyük değerde ise azaltmaktadır. In this study, the flow and heat transfer through a channel having heat dissipating blocks have been considered. Air enters the channel with an oscillating velocity. By performing the experimental and numerical studies, the effects of oscillation on the flow and heat transfer were investigated. The problem was considered as two-dimensional and time-dependent. Numerical studies carried out for laminar and turbulent flows cases. It is assumed that the volumetric heat generation takes place in the blocks. To model the turbulence k-ε model was used. A computer program was developed based on the control volume approach and SIMPLE algorithm. The hybrid scheme was used for the discritization of the convective terms. The time-dependent terms were discretized using the fully implicit scheme. The Gauss-Seidel iteration technique was used for solving the algebraic equations. The velocity, pressure, and temperature distributions were obtained for all grid points at different instants of the injection period. Over the block surface, the instantaneous local Nusselt number, instantaneous area-averaged Nusselt number and area and time averaged Nusselt number along the period of injection were calculated using the temperature distribution. For experimental studies, a test setup was established. Experimental data was obtained for steady and oscillary flow cases. Geometrical dimensions of the channel and the blocks were kept constant. The calculations were carried out for different Reynolds numbers (Re=250, 500, 750, 1000, 10000, 20000, 30000 and 40000), oscillation amplitudes (0.0Uo, 0.2Uo, 0.4Uo, 0.6Uo and 0.8Uo), oscillation frequencies (1, 2, 3, 4, 5 and 6 Hz) and heat generation (0.025, 0.050, 0.075, 0.25, 0.50, 1.0 and 1.5 W/cm3). By performing the experimental and numerical studies, the effects of Reynolds number, heat generation in the blocks, and amplitude and frequency of oscillating inlet velocity on the flow and heat transfer were investigated. In this study, the following results were obtained. The surface temperature of the first block is the lowest. The block temperature increases in the flow direction (with block number). Similarly, the Nusselt number of the first block has the highest value. The block Nusselt number decreases with the block number. As the Reynolds number of the flow increases, temperature decreases and Nusselt number increases for all the blocks. With the increase of the heat generation in blocks, the surface temperature of block increases. For laminar conditions, as the oscillation frequency and amplitude of the flow increases, block temperatures decrease and Nusselt number increases for all blocks. For turbulent conditions, oscillation frequency of 3 Hz is a critical value for Re=20000 and Re=30000. Under this critical value of frequency, the bock temperature decreases and Nusselt number increases with decreasing oscillation frequency. Above the critical value of frequency, the block temperature increases and Nusselt number decreases with increasing oscillation frequency. For Re=40000, the critical frequency is 5 Hz. For all Reynolds number, if the oscillation frequency is less than critical value, the Nusselt number increases with increasing oscillation amplitude. However, if the oscillation frequency is greater than critical value, the Nusselt number decreases with increasing oscillation amplitude.

Diş hekimliğinde eksik dişlerin restorasyonunda dental implantların kullanılması, osseoentegrasyon kavramının kabulünden sonra belirgin bir artış göstermiştir. Dental implantların cerrahi olarak yerleştirilmesi belirli fizyolojik faktörlerin ortaya çıkardığı kemiksel cevapların meydana gelmesine neden olmaktadır. Kemik içine yerleştirilen implantların başarısı primer iyileşmenin gerçekleşmesine bağlıdır. Bu işlem ise implant yuvasının atravmatik bir şekilde açılmasına bağlıdır. Primer iyileşmenin gerçekleşmesinde sağlıklı kemik dokusu ve implant yuvasının atravmatik bir şekilde açılması gerekli olduğundan kemikte meydana gelen mekanik ve termal hasarın önlenmesi büyük önem taşımaktadır.Son yıllarda diş hekimliğinde implant uygulamalarında, teşhis, cerrahi planlama ve tedavi amacıyla bilgisayar yazılımları, hekimler tarafından yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bilgisayarlı tomografinin implant cerrahisinde kullanılmasıyla, önemli anatomik yapılara zarar vermeden, maliyet ve tedavi sonuçlarının cerrahi öncesinde daha iyi planlanmasına olanak tanıyan cerrahi rehberler hazırlanabilmektedir. Cerrahi rehberler kullanılarak implant yuvası hazırlanırken klinik koşullarda ısı oluşumu kontrol altında tutulmalıdır. Bu amaçla bu çalışmada; iki farklı implant sistemi kullanılarak klasik yöntemle ve cerrahi rehber kullanılarak açılan implant yuvalarında oluşan ısı değerlendirilmiştir.Sığır femoral kortikal kemiklerinin kullanıldığı bu çalışmada, oluşan ısı in vitro olarak K tipi termocouple kullanılarak ölçülmüştür. İmplant frezleriyle yuva açım işlemi 1500 rpm hızda, sabit 2 kg ağırlık altında yapılmıştır. Cerrahi rehber kullanılarak ve kullanılmadan, iki farklı implant sistemi (sistem A; dıştan soğutmalı sistem, sistem B; hem dıştan hem içten soğutmalı sistem) kullanılmıştır. Sıcaklık ölçümleri sistemlerin en son kalınlıktaki (4.2 mm ve 4.4 mm.) frezleri için yapılmıştır. Termocouple uçlar implant yuvası açılan bölgeye 1 mm. mesafede ve 3, 6 ve 9 mm. derinliklere yerleştirilmiştir. Sıcaklık değerleri, sistemlerdeki frezlerin 50. kullanımına kadar yapılmış ve bilgisayar programı ile kaydedilmiştir.Kullanılan sistemlere bağlı olmaksızın, ölçülen maksimum sıcaklık değerleri ve kemik modellerin başlangıç sıcaklık değerlerine dönme süreleri cerrahi rehber kullanıldığında daha yüksek bulunmuştur. Her iki sistemde de ölçülen maksimum sıcaklık değerleri 9 mm. derinlikte, 3 mm. derinliktekilere göre anlamlı olarak daha yüksek bulunmuştur.Bu çalışmada, ısı oluşumu açısından implant yuvası açılırken cerrahi rehber kullanıldığında implant soğutma sistemine bağlı olmaksızın daha fazla ısı oluştuğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca implant yuva açımında kullanılan frezlerin, 35. kullanımdan sonra oluşturdukları sıcaklık değerlerinde belirgin bir artış olduğu da belirlenmiştir. Since the advent of dental implantology for the restoration of missing dentition, its use has increased markedly due to the phenomenon of osseointegration. The surgical placement of a dental implant elicits an osteogenic response that is driven by specific physiologic factors. The success of an endosteal implant depends in part on its ability to achieve primary healing. This process is dependent on atraumatic preparation of the implant site. As implant site preparation and healthy bone are critical precursors to primary healing, thermal and mechanical damage to the bone must be avoided.In recent years, computer-aided methods have been using by the surgeons as supportive tools for diagnosis, operation planning and treatment in implant dentistry. By using computed tomography, surgeons can get the surgical drill guides for placing the dental implants both avoiding the damage to anatomical structures and manage the cost, treatment and outcomes of implant surgery. While preparing the implant site using the surgical drill guides heat generation must be controlled under clinical aspect. For this purpose we evaluate the heat generated in bone by 2 implant drill systems in vitro with and without using surgical drill guides.Temperature was measured with K type thermocouple in vitro using the bovine femoral cortical bone model. A constant drill load of 2.0 kg. was applied throughout the drilling procedures via a drilling rig at a speed of 1500 rpm. Two different implant drill systems ? system A (with external irrigation) and System B (with both external and internal irrigation) ? were evaluated using with surgical drill guides versus classical implant site preparation. Heat was measured at the final drill in the drilling sequence (4.2 mm. and 4.4 mm.). Thermocouples were placed 1 mm. from the osteotomy at depths of 3 mm., 6 mm., and 9 mm. Heat measurements were recorded out to 50 uses by software program.The mean maximum temperatures, the time of drilling and the time needed for specimens to return the baseline temperature were higher with using surgical guides regardless of the system used. Significantly greater temperature increasing was noted at the 9 mm. depth versus 3 mm. depth with both systems.From a heat generation standpoint, we conclude that preparing an implant site with using surgical drill guides generates more heat than classical implant site preparation regardless of the irrigation type. Drills reused more than 35 times exhibited an increased number of higher temperatures. 88

CO2'yi net sıfıra indirmek, insanlığın karşılaştığı en zorlu görevdir (Nelson & Allwood, 2021). Düşük dereceli ısı enerjisi üretim teknolojileri, hedefe ulaşmak için çok önemlidir (Hafner, Jones, & Anger-Kraavi, 2012). Teknolojiler endüstriyel atık ısıyı geri kazanabilir ve fosil yakıt kullanım verimliliğini arttırabilir (Loni, ve diğerleri, 2020). Dahası, bunlar düşük dereceli ısıya sahip bazı yenilenebilir enerjilere de uygulanabilir. Organik Rankine Döngüsü (ORC), tüm düşük dereceli ısı enerjisi üretim teknolojileri arasında en fazla potansiyele sahip olabilir (Anastasovski, Raskovski, & Guzovic, 2020). Sonuç olarak, birçok araştırmacı son on yılda ORC'nin termodinamik ve ekonomik performansını iyileştirmeye odaklanmıştır. ORC'nin performansını artırmanın en etkili yollarından biri, ORC'nin döngü sayısını artırmaktır. Çift döngülü ORC (DLORC), termodinamik ve ekonomik performansta büyük potansiyel göstermiştir. Ayrıca, DLORC düşük karbon ayak izine ve yüksek CO2 emisyon azaltımına sahiptir. Ouyang et al. (Ouyang, ve diğerleri, 2019). Boyaghchi ve Chavoshi güneş enerjisi tarafından yönlendirilen DLORC'un çevresel etki oranlarını inceleiş ve analiz sonuçları, DLORC'un en düşük çevresel etki oranlarının Nisan ayında ortaya çıktığını ortaya koymuştur. DLORC üzerinde bir termodinamik analiz gerçekleştirildi (Sciubba, Tocci, & Toro, 2016). Analiz sonuçları, tek bir kaynak için iki temel ORC kullanılmasının termal verimliliği ve ısı kaynağı kullanım oranını önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermiştir. Sciubba ve ark. ayrıca DLORC için sıvı seçimi gerçekleştirdi. Sonuçlar, R245fa'nın R600'e kıyasla daha iyi bir termodinamik performansa sahip olduğunu göstermiştir. Xia ve ark. çok amaçlı optimizasyon kullanarak seri-paralel DLORC için çalışma sıvısı seçimini gerçekleştirmiştir. Optimizasyon için hedefler geri ödeme süresi, yıllık emisyon azaltımı, ekserji verimliliğidir. Çalışma seçimi sonuçları, seri-paralel konfigürasyon için 18 aday çalışma sıvısı çifti arasında sikloheksan/bütanın en uygun çalışma sıvısı olduğu gösterilmiştir. Daha iyi bir performans elde etmek için üçlü döngü kavramı önerilmiştir. Makalede, biri seri, diğeri paralel tip olmak üzere iki tip üçlü döngü bildirilmiştir. Başvurulan çalışmalarda elde edilen sonuçlar, her iki türün de sistemin performansını artırabileceğini göstermiştir. Dwinanto üçlü çevrimin termodinamik performansını analiz etmiştir. Araştırmada, üçlü döngülerin daha yüksek bir enerji kullanımına sahip olduğu gösterilmiştir. Zhang et al. yenilikçi bir çok döngülü ORC önermiştir. Parametrik analiz, Multi-Loop ORC'nin (MLORC) sistemin performansını önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermiştir. Bir çalışmada, ORC-ORC kombine güç sisteminin termal ekonomik optimizasyonu ve analizi de çalışılmıştır (Braimakis & Karellas, 2018). Atık ısı geri kazanımı için ORC-ORC kullanımını optimize etmiştir. Optimize edilmiş değişkenler olarak üst ve alt sirkülasyon evaporatör basıncını, üst sirkülasyon evaporatörünün minimum sıcaklık farkını ve kondenser sıcaklığını seçmiştir. Araştırmacılar, tek kademeli bir ORC'ye kıyasla ORC-ORC kombine güç sisteminin ekserji verimliliğini artırma potansiyelini keşfetmeyi ve 100 ile 300 °C arasındaki bir ısı kaynağı sıcaklığında net güç çıkışını maksimize etmeyi amaçlamıştır. ORC-ORC ile elde edilen sonuçları tek kademeli çevrimlerle karşılaştırarak, bu çalışma sıcaklıkları için tek kademeli çevrimlerle karşılaştırıldığında, ORC-ORC'nin güç çıkışı ve ekserji verimliliğinin farklı ısı kaynağı sıcaklıklarına göre artırılabileceği sonucuna varmışlardır. Literatür incelemeleri, tek bir atık ısı kaynağının geri kazanılması için çift döngülü, üçlü döngülü ve çok döngülü ORC'nin tek bir ORC'den daha iyi performans gösterdiğini göstermiştir .Ayrıca, literatür taramasına göre, üç farklı tipteki çift kademe döngüsü, tek bir döngüye kıyasla ORC'nin performansını önemli ölçüde artırabilir. Ancak, bildiğimiz kadarıyla, ORC-ORC kombine güç sistemi literatürde çalışılmış olmasına rağmen üç kademeli çok az çalışma yapıldığı görülmektedir. Bu nedenle, 3 kademeli ORC'nin birleşik güç çevrimini kullanan karşılaştırmalı termodinamik enerji ve ekserji analiz sonuçları literatüre önemli katkı sağlayacaktır. Bu çalışmanın amacı, çok kademeli ORC için uygun konfigürasyonu, çalışma sıvısı kombinasyonlarını ve döngü sayısını seçmektir. Kullanılan yöntem, Multi-Loop ORC'nin (MLORC) çeşitli konfigürasyonlarda termodinamik performansının enerji ve ekserji analizidir. Konfigürasyonlar tek, çift ve üç kademeli konfigürasyonlardır. Ayrıca, en iyi çalışan sıvı kombinasyonunu, döngü sayısını ve Çoklu Döngü ORC için konfigürasyonu aramak için çok amaçlı optimizasyon ve çok öznitelikli karar verme yöntemleri de gerçekleştirilmiştir. Reducing CO2 emissions to zero is the biggest challenge facing humanity (Nelson & Allwood, 2021). Therefore, technologies for the production of low-grade thermal energy are very important to achieve the goal (Hafner, Jones, & Anger-Kraavi, 2012), which can recycle waste industrial heat and improve the efficiency of fossil fuel use, they can be applied to some low temperature renewable energy sources (Loni, ve diğerleri, 2020). The Organic Rankine cycle (ORC) may have the greatest potential among all low order heat generation technologies (Anastasovski, Raskovski, & Guzovic, 2020). As a result, many researchers have focused on improving the thermodynamic and economic performance of ORC over the past decade. One of the most effective ways to improve ORC's performance is to increase the ORC's cycle count. Double-loop ORC (DLORC) has shown great potential in thermodynamic and economic performance. In addition, DLORC has a low carbon footprint and high CO2 emission reduction. Ouyang et al. (Ouyang, et al., 2019). Boyaghchi and Chavoshi studied the environmental impact rates of DLORC driven by solar energy. The analysis results revealed that DLORC's lowest environmental impact rates occurred in April. A thermodynamic analysis was performed on DLORC (Sciubba, Tocci, & Toro, 2016). Analysis results showed that using two base ORCs for a single source can significantly improve thermal efficiency and heat source utilization rate. Sciubba et al. also performed the fluid selection for DLORC. The results showed that R245fa has a better thermodynamic performance compared to R600. Xia et al. performed the working fluid selection for series-parallel DLORC using multi-objective optimization. The targets for optimization are the payback period, annual emission reduction, exergy efficiency. Study selection results showed that cyclohexane/butane was the most suitable working fluid among the 18 candidate working fluid pairs for the series-parallel configuration. The concept of a triple loop was proposed to achieve better performance. In the article, two types of triple loops are reported, one in series and the other in parallel. The results obtained in the referenced studies showed that both types can improve the performance of the system. Dwinanto analyzed the thermodynamic performance of the triple cycle. Research showed that triple loops have a higher energy use. Zhang et al. proposed an innovative multi-loop ORC. Parametric analysis showed that Multi-Loop ORC (MLORC) can significantly improve system performance. In a study, thermal economic optimization and analysis of the ORC-ORC combined power system were also studied. (Braimakis & Karellas, 2018) optimized the use of ORC-ORC for waste heat recovery. Select the upper and lower circulation evaporator pressure, the minimum temperature difference of the upper circulation evaporator, the condenser temperature as optimized variables. The researchers aim to explore the potential to increase the exergy efficiency of the ORC-ORC combined power system compared to a single-stage ORC and maximize the net power output at a heat source temperature of 100 to 300 °C. Comparing the results obtained with ORC-ORC with single-stage cycles, they concluded that the power output and exergy efficiency of ORC-ORC can be increased with different heat source temperatures, compared with single-stage cycles for these operating temperatures. Literature reviews have shown that double-cycle, triple-cycle and multi-cycle ORC outperform a single ORC for recovery of a single waste heat source. Moreover, according to the literature review, three different types of double-stage cycles are compared to a single cycle. It can significantly improve the performance of ORC. However, as far as we know, although the ORC-ORC combined power system has been studied in the literature, very few studies have been done with three stages. Therefore, comparative thermodynamic energy and exergy analysis results using the combined power cycle of 3-stage ORC will make a significant contribution to the literature. The aim of this study is to select the appropriate configuration, working fluid combinations and number of cycles for multistage ORC. The method used is energy and exergy analysis of the thermodynamic performance of Multi-Loop ORC (MLORC) in various configurations. Configurations are single, double and triple cascade configurations. In addition, multi-objective optimization and multi-attribute decision making methods are performed to search for the best working fluid combination, the number of cycles, and configuration for Multi-Loop ORC.

Ill ERİYİK TUZ REAKTÖR DİZAYNI ÖZET Elektrik üretim gücü 1000 MWe olan bir MSR (Molten Salt Reactor: Eriyik Tuz Reaktörü) termal reaktörünün nötronik ve termal-hidrolik analizi yapıldı. Grafit moderatörlü (yavaşlatıcılı) bu reaktörde sıvı haldeki nükleer yakıt (LiF+BeF2+ThF4+UF4) grafit bloklar içerisindeki silindirik kanallarda akmaktadır. Sıvı yakıt (eriyik yakıt tuzu) yaklaşık %90 eriyik tuz (molten salt) ve yaklaşık %10 sıvı formdaki ThF4 ve UF4 çözeltisinden oluşmaktadır. Kullanılan sıvı yakıt içindeki UF4 %20 oranında (%20 235UF4+%80 238UF4) zenginleştirilmiştir. Sıvı yakıt içerisindeki %10'luk nükleer yakıtın tamamen UF4 veya tamamen ThF4 olarak seçilmesi halinde nükleer silahlar için yakıt üretilebileceği için UF4+ThF4 karışımıyla denature modeller de (DMSR: Denatured Molten Salt Reactor) seçilmiştir. Hesaplamalarda kullanılan karışım oranlan %100 UF4, %50 ThF4+%50 UF4 ve %75 ThF4+%25 UF4 tür. Dolayısıyla karışım zenginlikleri sırasıyla %20, %10 ve %5 tir. Nötronik hesaplamalarda S8-P3 yaklaşımıyla SCALE 4.4a nükleer kod programı kullanıldı. Bir boyutlu silindirik geometride yapılan nötronik hesaplamalar üç farklı aşamada gerçekleştirildi. Birinci aşamada kritik reaktörün yaklaşık boyutlarının belirlenebilmesi için homojen ortam kabulüyle hesaplamalar yapıldı. İkinci aşamada ise kritik reaktör ölçüleri civarında heterojen ortam için nükleer hesaplamalar yapıldı. Üçüncü aşamada ise heterojen hesaplar sonucu belirlenen reaktörlerde 30 yıllık bir reaktör çalışma süresi için temporal hesaplamalar gerçekleştirildi. Bu hesaplamalarda %75'lik bir kapasite faktörü seçilirken, %40 termal verimle 3330 MWth'lik bir termal güç dikkate alındı. Temporal analizde reaktörün kritik değerinin keff>l halleri için Kadmiyum (Cd) kontrol çubukları kullanıldı. Seçilen yakıtların izotopik yapısı kefll in the temporal analyses. Isotopic form of the choosen fuels was followed until keffl. Thermal-hydraulics analyses were done for condition that average flow velocity of the liquid fuel in the channel was 0.6, 0.8, 1.0 and 1.2 m/s. Calculations were performed using a CFD (Computional Fluid Dynamics) programme FLUENT. In the first calculations, heat generation in the liquid fuel was determined with 'hot channel' approximation as q`'=2xl0 W/m and the heat generation in the graphite was determined as q`'=2xl06 W/m3. Temperature distribution in the channel and graphiteVI block, pressure loss throughout the channel and velocity distribution in the channel were watched in the calculations. To keep the temperature in the graphite block at maximum -1000 K, q`' nuclear heat generation in the liquid fuel for each flow velocity was defined. Keywords: MSR, DMSR, molten fuel salt, thermal reactor 77

ÖZET Yüksek Lisans Tezi CNC TORNA TEZGAHLARINDA TALAŞ KALDIRMA ESNASINDA TAKIM UCUNDA MEYDANA GELEN ISININ DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI Faruk KARACA Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Eğitimi Anabilim Dalı 2004, Sayfa : 90 Günümüzde teknolojik gelişmelerle birlikte rekabet ortamı içerisinde en kaliteli imalatı, en ucuza ve en kısa sürede yapmak gerekmektedir. Modem talaşlı şekillendirme işlemlerinde talaş kaldırma hızlarının artmasıyla, işlem esnasındaki ısıl etkiler daha önemli bir durum arz etmektedir. Metallerin ortagonal talaş kaldınlması esnasında oluşan sıcaklıklarm belirlenmesi bir çok araştırmaya konu olmuştur. İşlem esnasında harcanan enerji, kayma düzlemi olarak adlandırılan, birinci deformasyon bölgesi ve takım talaş ara yüzeyi olarak ifade edilen iki temel bölgede ısıya dönüşür. Talaş oluşumu esnasında, olaya doğrudan ve dolaylı etkileri olan önemli faktörlerden biri sıcaklıktır. Sıcaklık, iki temel bölgede yükselmekte ve başlangıçta talaşta deformasyona daha sonra da takım ucunda aşınmaya neden olmaktadır. Diğer taraftan, metallerin talaşlı işlenmesinin bulunduğu her endüstrinin verimliliğini etkileyen diğer önemli parametrelerden biri, kullanılan takımın aşınma özelliğidir. Talaş kaldırma esnasında takım ucunda meydana gelen ısı oluşumu ve buna bağlı takımda meydana gelen aşınma günümüz seri imalat tezgahlarında önemli bir problem olarak düşünülmektedir. Bu tezde, talaş kaldırma esnasında oluşan ısının takım aşınmasına ve yüzey pürüzlülüğüne etkileri mcelenmiştir. Bu konuda farklı takım uçları ve kesme koşullan kullanılarak deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Elde edilen deneysel verilere göre kullanılan takımlara bağlı olarak uygun kesme parametreleri yorumlanmaya çalışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Kesici Takım, Isı transferi, Aşınma, Östenitik Paslanmaz Çelik AISI 304, İşlenebilirlik. ÎX ABSTRACT Master Thesis THE EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE HEAT GENERATION ON THE TOOL NOSE DURING CHIP REMOVING ON CNC TURNING MACHINE Faruk KARACA Firat University Graduate School of Science Department of Mechanical Education 2004, Page : 90 In the competition world as a result of technological developments, it was needed that making good quality most cheaply and quickly. With the ever increasing cutting speeds used in modem machining operations the thermal aspect of cutting become more and more important. Determination of the temperatures in the removing metal during orthogonal machining has been the subject of many investigations. The rate of energy consumed during machining is converted into heat in the two main regions of plastic deformation in the chip around the so called shear plane and the tool-chip interface. During chip formation,, one of the more important factor that affect this formation by the direct or indirect way is temperature. Temperature rises in the main two zones, and primarily deformed the chip then result wear. On the other hand, one of the other important parameter that influence of productivity of every industry., involved in metal cutting, is the behavior of wear of the cutting tools. Heat generation at the nose of the cutting tool has become a problem of increasing importance in modern automated machining operations. In this thesis, the effect of the generated heat on the tool wear and surface quality during machining has been researched. The experimental study is carried out different cutting tools and cutting conditions. Appropriate cutting parameters are explained dependent upon the experimental results. Keywords: Cutting Tool, Heat Transfer, Wear, Austenitic Stainless Steel AISI 304, Machinability. 123

METALLERİN SOĞUK TALAŞLI İŞLENMESİ Kemal KAYA Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı Yrd.Doç. Dr. Orhan ÇAKIR (Danışman) Yrd.Doç. Dr. Murat KISA Yrd.Doç. Dr. M. Arif GÜREL ÖZET Talaşlı imalat yöntemleri, imalat endüstrisinde oldukça önemlidir. Çeşitli imalat yöntemleri farklı malzemelerden farklı makina parçalarının imalatı için kullanılmaktadır. Talaşlı imalat yöntemlerindeki gelişmeler daha iyi boyutsal hassasiyet, daha iyi yüzey kalitesi, ve daha düşük imalat maliyetleri gibi yeni ufuklar geliştirmiştir. Hala, bazı problemler çözülmeyi beklemektedir. Bu problemlerden bir tanesi talaşlı işleme sırasında kesme bölgesindeki yüksek ısının oluşumudur. Isı oluşumu kesici takımda ve iş parçası boyutlarında zararlara neden olmaktadır. Takımdaki ısı etkisi takım ömrünü azaltmakta ve bunun sonucunda hızlı takım aşınması ortaya çıkmaktadır. Kesme sıvıları soğutucu ve yağlayıcı olarak kullanılmaktadır. Soğutucu etkisi ısı oluşumunu azaltmakta ve yağlama malzemenin işlenmesini kolaylaştırmaktadır. Bununla birlikte kesme sıvılarının uygulanması çevresel ve sağlık problemlerine neden olmaktadır. Bunun sonucunda, imalat endüstrisi kesme sıvılarının uygulanmasını kesmeye veya azaltmaya çalışmaktadır. Bu yaklaşım talaşlı işlemede kesme sıvısının kullanılmamasını sağlayan kuru İşleme gibi yeni olasılıkları ortaya çıkarmaktadır. Ayrıca titanyum alaşımları, ısı dirençli çelikler ve nikel alaşımları gibi işlenmesi zor olan metallerin şekillendirilmesinde bazı zorluklar vardır. Bu malzemelerin talaşlı işlenmesinde kaplamalı sert metaller, CBN veya PCD gibi yeni jenerasyon kesme takımlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bazı durumlarda, yeni kesici takım malzemeleri kesme sıvılarının uygulanması sonucunda ortaya çıkan problemleri çözmektedir. Kuru işlemedeki gelişmeler de yeni kesici takımlar yardımıyla oluşmaktadır. Her ne kadar yeni kesici takımlar talaşlı imalatta yaygın hale gelmekte ise de, kesici takım maliyeti artmaktadır. 87Yukarıda belirtilen bazı talaşlı işleme problemlerini çözmek veya azaltmak için soğuk talaşlı işleme talaşlı imalatta önemli bir opsiyon olarak durmaktadır. Soğutucu (karbondioksit veya sıvı azot) kesme bölgesine veya kesici takıma talaşlı işleme sırasında püskürtülmektedir. Bu, iş parçasında ve takımda ısının azalmasına yol açmaktadır. Bunun sonucunda, ısı oluşumunun etkisi en aza indirilmeye çalışılmaktadır. Birçok çalışma tamamlanmıştır ve sonuçlar güven vermektedir. Takım ömrü artmakta, yüzey kalitesi iyileşmekte ve kesme kuvvetleri azalmaktadır. Sonuç olarak, talaşlı işleme maliyeti azalmaktadır. Soğuk talaşlı işleme yönteminin diğer pozitif bir etkisi de kesme sıvısının kullanımı ile ortaya çıkan çevresel ve sağlık problemlerini ortadan kaldırımsıdır. Bu tezde, soğuk talaşlı işleme yöntemi literatürsel olarak incelenmiştir. Soğutucuların etkileri ortaya konmuştur. Tornalama, delme, taşlama ve diğer talaş kaldırma yöntemleri için yapılan çeşitli çalışmalardan işleme parametreleri elde edilmiştir. Daha önceki çalışmalar detaylı olarak tartışılmıştır. Soğuk talaşlı işleme yönteminin avantajları ve dezavantajları elde edilmiştir. Yöntem klasik talaş kaldırma yöntemi ile karşılaştırılmış. Soğuk talaşlı işleme yönteminin maliyeti klasik talaşlı işleme yöntemi ile karşılaştırılmıştır. 88 CRYOGENIC MACHINING OF METALS Kemal KAYA Harran University Graduate School of Natural and Applied Science Department of Mechanical Engineering Yrd.Doç. Dr. Orhan ÇAKIR (Danışman) Yrd.Doç. Dr. Murat KISA Yrd.Doç. Dr. M. Arif GÜREL SUMMARY Machining processes are considerably important in manufacturing industry. Various machining process are used for producing different kinds of machine parts from variety of materials. Improvements in machining processes brought new horizons such as more dimensional accuracy, better surface quality and lower manufacturing costs. There are still some problems waiting to be solved. One of these problems is high heat generation in cutting zone during machining process. The heat generation is causing damages on cutting tool and work piece dimensions. It decreases tool life due to heat effect on tool and therefore, rapid tool wear occurs. To solve this problem, cutting fluids are applied. Cutting fluids are used as coolant and lubrication. The coolant effect reduces the heat generation and lubrication produces easy material removal. However, the application of cutting fluids causes environmental and health problems. Therefore, manufacturing industry is trying to remove or minimize cutting fluid application. This approach produced new possibilities such as drying machining which means that the machining process is carried out without cutting fluid. It is also some difficulties in the machining of difficult-to-cut materials such as titanium alloys, heat resistance steels, nickel alloys, etc. machining of these materials is required new generation cutting tools such as coated carbides, CBN or PCD. In some cases, new cutting tool materials solve problems caused by the application of cutting fluids. Development in dry machining is also helped by new cutting tools. Although, new cutting tools are becoming very popular in machining, the cost of cutting tools gets higher. To solve or minimize some machining problems mentioned above, cryogenic machining is outstanding option in machining. The coolant (carbon dioxide or liquid nitrogen) is sprayed into cutting zone or onto cutting tool during machining process. 89This leads to reduce heat on work piece and tool. Therefore, the influence of heat generation is tried to be minimized. Various studies have been completed and results were promising. Tool life increased, surface quality improved and cutting forces reduced. As a result, the cost of machining decreased. There is also another positive effect of cryogenic machining that some environmental and health problems eliminate comparing with cutting fluid application. In this thesis, cryogenic machining process was investigated literally. The effect of coolants was determined. The machining parameters have been obtained from various studies for turning, drilling, grinding and other machining processes. The results from early studies have been discussed in detail. The advantages and disadvantages of cryogenic machining were obtained. The process was compared with conventional machining processes. The cost of cryogenic machining was also compared to conventional machining. 90 90