Search

Whiplash incinmesi neden olduğu uzun süreli ağrı göz önüne alındığında en önemli incinmeler türlerinden biridir. Bu boyun incinmesi motorlu araç çarpışmalarında, özellikle de düşük hızlarda gerçekleşen arkadan çarpmalarda, sıklıkla görülmektedir. Bu tezde düşük hızlı arkadan çarpmalarda görülen whiplash sendromunun analiz edilmesi ve whiplash incinmelerinin ortaya çıkma riskini azaltacak bir anti-whiplash koltuk mekanizmasının geliştirilmesi amaçlanmıştır. İlk olarak, BioRID II çarpışma mankeninin ticari olarak satılan sonlu elemanlar modeli kullanılarak backset azaltan ve kayabilir koltuk tasarım konseptleri analiz edilmiştir. Backseti azaltmak için kaza sırasında koltuk başlığının öne doğru hareket ettirilmesi stratejisine dayalı olarak iki özgün koltuk mekanizması geliştirilmiştir. Bunlardan biri kilit ünitesine sahip bir aniwhiplash sistemi, diğeri ise hızlı dönüş anti-whiplash koltuk mekanizmasıdır. Hızlı dönüş anti-whiplash mekanizması için üç özdeş prototip koltuk üretilmiş ve ODTÜ-BİLTİR Merkezi Taşıt Güvenliği Biriminde BioRID II mankeni kullanılarak Euro NCAP test protokolüne göre gerçekleştirilen kızak testleri ile test edilmiştir. Kıyaslama amacıyla herhangi bir anti-whiplash özelliğine sahip olmayan üç özdeş standart koltuk ve farklı bir koltuk başlığı hareket ettirme mekanizmasına sahip üç özdeş koltuk da aynı prosedür kullanılarak test edilmiştir. Test sonuçları Euro NCAP ve RCAR-IIWPG değerlendirme sistemlerine göre değerlendirilmiş ve geliştirilen hızlı dönüş anti-whiplash mekanizmasının whiplash incinme riskini azaltmada etkili olduğu gösterilmiştir. Whiplash injury is one of the most important types of injuries when its resulting longterm pain is considered. This neck injury is frequently seen in the motor vehicle collisions, especially in the low-speed rear collisions. In this thesis, it is aimed to analyze the whiplash syndrome in low-speed rear-end impacts and develop an antiwhiplash seat mechanism that reduces the risk of occurrence of whiplash injuries. Firstly, using the commercially available finite element model of the BioRID II dummy, backset reducing and slidable seat design concepts have been analyzed. Based on the strategy of moving the head restraint forward during a rear crash in order to reduce the backset, two novel seat mechanisms have been developed. One of these is an anti-whiplash system having a lock unit, and the other is a quick forward antiwhiplash seat mechanism. Three identical prototype seats have been produced for the quick forward anti-whiplash mechanism and tested by sled tests that have been performed at the Vehicle Safety Unit of the METU-BILTIR Center according to the Euro NCAP whiplash testing procedure using BioRID II dummy. For comparative purposes, three identical standard seats that do not have any anti-whiplash action, and three identical anti-whiplash seats with a different headrest moving mechanism have been also tested using the same procedure. The test results have been assessed according to the Euro NCAP and RCAR-IIWPG rating systems, and the seat with the developed quick forward anti-whiplash mechanism has been shown to be effective for reducing the risk of whiplash injury. 187

Bükme işlemi sac metal kalıpçılığının önemli uygulama alanlarından bir tanesidir. Bükme işlemlerinde ürünün istenilen açıda elde edilmesi son derece önemlidir. Bükülen parçadaki arzu edilen açı ölçüsünü elde edebilmek için geri ve ileri esneme miktarlarının bilinmesi gerekmektedir.Gerçekleştirilen çalışmada 3 grup deney yapılmıştır. Birinci olarak, farklı kalınlıklardaki (3, 4, 5 ve 6mm) S235JR sac malzemeler için 30 ? , 60 ? ve 90 ? 'lik bükme işlemi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, her bir kalınlık ve açı değeri için malzemeler soğuk, menevişlenmiş ve normalize edilmiş olarak bükülmüştür. Bunun yanında, bükme işlemleri zımba parça üzerinde 30 s bekleyerek ve hiç beklemeden direk uzaklaştırılarak gerçekleştirilmiştir. İkinci olarak, 4 mm kalınlığındaki S235JR malzemeler beş farklı yarıçapa sahip 90º'lik zımba ile bükme işlemi yapılmıştır. Bu malzemeler soğuk, menevişlenmiş ve normalize edilmiş olarak bükme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Üçüncü olarak, 4 mm kalınlığındaki S235JR malzemeler 30 dak menevişleme süresinde bekletilmiştir. Bu malzemeler, yarıçapı 6 mm olan zımba ile büküldüğünde ileri ve geri esneme miktarlarında meydana gelen farklılıklar incelenmiştir.Gerçekleştirilen deneyler sonucunda, S235JR sac malzemelerin 30 dak menevişleme süresinde ideal büküm açısına sahip olduğu tespit edilmiştir. Bütün kalınlıklarda ve bükme açılarında normalize işlemi uygulanan malzemelerin ileri esneme miktarının arttığı tespit edilmiştir. Farklı zımba yarıçaplarında, S235JR malzemede, zımba uç yarıçapı arttıkça ileri esneme miktarı azalmaktadır. 30º'lik bükme işleminde sac kalınlığı artarken, ileri esneme miktarı artmaktadır. 60º ve 90º'lik bükme işlemlerinde sac kalınlığı artarken, ileri esneme miktarının azaldığı tespit edilmiştir. The bending process is one of the important process in sheet metal processings. Obtaining the product with desired angles in bending processes is very important. In order to obtain the desired angle value on the bent part, it is necessary to know the values of springback on springforward.In this experimental study, firstly, 30º, 60º and 90º bending processes were caried out for S235JR materials with diffrent thicknesses (3, 4, 5 and 6 mm). The materials which were cold, tempered and normalized were bent for each angle and thickness. Moreover, bending processes were performed without waiting and with waiting the punch on the part 30 s Secondly, S235JR materials with 4 mm thickness were bent with five different punch radius. Moreover, materials which were cold, tempered and normalized were bent for 90º bending process. Thirdly, S235JR materials with 4 mm thickness were tempered in 30 min. After bending these materials with a punch having 6 mm radius, the differences between springback and springforward values were investigated.At the end of the experiments, When tempering time of S235JR sheet metal increased, ideal bending angle was obtained. It was determined that normalisation process increased springforward for all thicknesses and bending angles. Bending process were performed with punches having different and radius. When punch and radius increased, the springforward value decreased for S235JR material. When sheet metal thickness increased at the 30º bending process, was increased springforward values. In the 60º and 90º bending processing, When sheet metal thickness enhanced, springforward values decreasing was determined according to experimental results. 122

Bu tezde paralel manipülatörlerin tahrik tekillikleri yakınındaki hareketi için bir yöntem üzerinde çalışılmıştır. Tahrik tekillikleri yakınında ters dinamik çözümün ıraksamasını önlemek için tekilliklerin uzağında konvansiyonel bir ters dinamik kontrol yöntemi kullanan ve tekilliklerin yakınında daha önceden türetilmiş modifiye denklemlere dayalı biçime değişen bir ters dinamik kontrolcü önerilmiştir. Sonuç olarak tekil konfigürasyonlar yakınında eyleyici kuvvetleri eyleyicilerin saturasyon limitleri içinde kalırken, iyi bir yörünge izleme performansı elde edilmiştir. In this thesis, a technique for the motion of parallel manipulators through drive singularities is investigated. To remedy the problem of unbounded inverse dynamics solution in the neighborhood of drive singularities, an inverse dynamics controller which uses a conventional inverse dynamics control law outside the neighborhood of singularities and switches to the mode based on the formerly derived modified equations inside the neighborhood of singularities is proposed. As a result, good tracking performance is obtained while the actuator forces remain within the saturation limits of the actuators around singular configurations. 98

Tel örgü katmanlarından oluşan gözenekli ortamın, hidrodinamik ve zorlanmış ısı geçişi karakteristiklerinin incelendiği bu çalışmada, ortamın gözenekliliği, viskoz ve atalet geçirgenlikleri, dispersiyon ve ısı taşınım katsayıları teorik ve deneysel olarak tesbit edilmektedir. Gözenekli ortamın süreklilik modeli ve bu modele göre süreklilik, momentum ve enerji denkliklerinin elde edilişi kısaca açıklandıktan sonra sırasıyla aşağıdaki çalışmalar yapılmaktadır. Tel örgünün gözenekliliği ve gözenekliliğin hacimle değişimi deneysel olarak bulunmuş ve hacmin artışıyla gözeneklilikteki salınımların azaldığı görülmüştür. Ortamın temsili birim hacmini tesbit etmek için, seçilen hacim elemanlarıyla ortam taranarak gözenekliliğin sabit kaldığı hacim elemanı bulunmuştur. TBH olarak seçilen bu hacim elemanıyla temsil edilemeyen dış duvara yakın bölgelerde, gözenekliliğin eksponansiyel değiştiği kabul edilerek bu fonksiyona ait katsayılar tesbit edilmiştir. Ayrıca, tel örgülerde gözenekliliğin yaklaşık hesabı için yeni bir metod önerilmiş ve bu metod, deneysel sonuçlarla karşılaştırmıştır. Hazırlanan deney tesisatında Forchheimer akış rejimi için hidrodinamik deneyler yapılarak, basınç düşüşü-debi arasındaki ilişki tesbit edilmiştir. Bu ilişki yardımıyla gözenekli ortamın viskoz ve atalet geçirgenlikleri hesaplanmıştır. Düzgün dağılımlı ısı akısı sınır şartında ölçülen yüzey sıcaklıkları ve akışkan giriş-çıkış sıcaklıkları yardımıyla Nusselt sayısının kanal boyunca değişimi bulunmuş tur. Nusselt sayısı için Peclet sayısı ile akış doğrultusuna bağlı bir korelasyon fonksiyonu elde edilmiştir. Yüksek hızlarda ısıl sınır tabaka kanal sonuna kadar devam ettiği için, ölçülen üst yüzey sıcaklığına eksponansiyel bir eğri uydurularak tam gelişmiş haldeki Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Tam gelişmiş ısı geçişi hali için bulunan Nusselt sayısının ve ısıl giriş uzunluğunun Peclet sayısı ile değişimi için deneysel sonuçlara göre korelasyon fonksiyonları elde edilmiştir. Deney tesisatı ve sınır şartlarına uygun matematik bir model kurulmuş ve buna göre yapılan formülasyonun hem yaklaşık hem de sayısal olarak çözümlerinden ısıl dispersiyon katsayıları tesbit edilmiştir. Deneysel sonuçlarla uyumlu ısıl dispersiyon katsayıları ile yapılan sayısal çözümden elde edilen Nusselt sayısının ve üst yüzey sıcaklığının akış doğrultusuyla değişimleri ile akışkan sıcaklıklarının akışa dik kesit boyunca değişimleri deneysel sonuçlarla karşılaştırmıştır. The porous media have been used widely in many engineering fields such as heat storage, solid matrix heat exchangers, thermal insulation of buildings, cooling of electronic equipment, chemical reactors, space researches. Therefore, momentum and heat transfer through porous media have been the interest of many researches. Depending upon the application, natural, forced and mixed convection through some porous media have been examined both theoriticaly and experimentally. The solid matrix of the porous medium affects heat transfer and causes resistance to flow. Therefore, an ideal porous medium is such that the dispersion caused by solid matrix is high resulting in increased heat transfer rates, but has low resistance on the walls. Due to the high porosity of the medium made of the wire screen meshes, the specific surface area is decreased, consequently the resistance against flow is also decreased. On this reason, the characteristics of forced convection through the porous medium of the wire screen meshes is examined in this thesis. Porosity, viscous and inertial permeabilities, dispersion and heat convection coefficients of this medium are examined both theoritically and experimentally. The definition and classification of porous media have been made firstly. Then, the continuum model of a porous medium, the need for a continuum approach, the representative elemantary volume (REV) and its selection have been described in general. The conservation equations of the porous medium have been found by integrating the conservation equations of the fluid and solid phases according to the REV. In the continuity, momentum and energy equations obtained by the notion of continuum, there are some terms which are defined by the microscopic quantities such as pore velocity and pore temperature. These terms which show the drag on the solid-fluid interfaces, thermal conductivity of the medium and thermal dispersion arising from the flow must be defined by the mean quantities of the REV. Therefore, some models developed by using constitutive theory and experimental studies have been explained here. After defining generally these theoritical background on porous medium, the geometrical properties of the medium of wire screen meshes have been determined experimentally. For this, the wire volume of the screen and the heights of the screen layers measured. Then, the cross-sectional porosity variation based on volume was calculated by these measurements. A volume that contained both solid phase and void space was selected as a REV.and then, it was placed at every point within the porousmedium and the porosity was calculated according to this volume. When the porosity became constant, this volume was confirmed as the REV of the medium. This constant porosity was taken as the core region porosity. In the boundary region that could not be swept by the REV, the porosity variation was defined as an exponential function and the dimensionless coefficients of this function were determined according to the porosity measurements. On the other hand, a theoretical method was developed to calculate the wire volume and porosity of a single screen mesh. This method was compared with another method and the porosity measurements of this study. Hydrodynamic experiments conducted in the experimental apparatus that was explained in the following section. The relationship between pressure drop and flow rate was obtained in the range of Reynolds number from 1.5 to 12. The Reynolds number was based on the wire diameter and mean velocity. Then, the viscous and inertial permeabilities of the medium were calculated by the help of this relationship. Local Nusselt number variation based on the flow direction and Peclet number was determined experimentally. Then, some correlation functions of Nusselt numbers and the length of thermal entrance region were derived from experimental data. On the other hand, the fluid temperatures were measured in the cross-section perpendicular to the flow direction. After this experimental study, the momentum and energy equations obtained by the notion of continuum model of porous media, were arranged to simulate the experimental setup. Then, they were solved analitically and numerically to determine the thermal dispersion coefficients of the medium. The solutions obtained by using these dispersion coefficients were compared with experimental data. Thus,, the study on hydrodynamic and forced thermal convection of the porous medium of wire screen meshes has been completed for the range of Reynolds number from 1.5 to 12. And porosity, viscous and inertial permeabilities, heat convection and thermal dispersion coefficients were obtained in this range. Experimental Apparatus The apparatus shown in Fig. 1 was prepared to perform momentum and heat transfer experiments. This apparatus was constructed of plexyglass which was 5 mm and 10 mm in thickness, except the upstream reservoir. This reservoir which had dimensions of 520x520x1200 mm and made of fiberglass had a series of adjustable overflow dividers to provide a constant pressure head. The downstream reservoir measured 180x180x300 mm. The test section was in the form of a channel which was 180x50x500 mm in dimensions. The water which is held at a constant level in the upstream reservoir flows through porous medium in the channel into the downstream reservoir. The water level in the downstream reservoir varies according to flow rate. When the water column comes to a certain level at a flow rate adjusted by the exit valf, the exit pressure comes to a fixed value, also. Thus, a fixed pressure difference is obtained for the respective flow rate. xviThere were two pressure taps at the inlet and outlet of the test section as shown in Fig. 1. These pressure taps were connected to a vertical manometer. Thus, the pressures that could be determined by the water levels in the upstream and downstream reservoirs, were measured precisely by the help of the manometer. The set flow rate was calculated by measuring the volume of water drained for a given period of time. The medium was heated from the top. This approach was taken in order to eliminate natural convection effects. Heating was supplied by five identical strip heaters put on the copper plate which was 15 mm thick Each heater provided 200 watts maximum. These electrical heaters were supplied by an adjustable DC source. The uniform heat flux boundary condition could be maintained by suppling each heater with same voltage and current. The test section was insulated with asbestos cloth, asbestos plate and fiberglass. 14 Q 15 l)Upsteam reservoir, 2)Dividers, 3)Test section, 4)Porous medium, 5)Downstream reservoir, 6) Valf, 7)Pressufe taps, 8)Manometer, 9)Direct current source, 10)Tempe- rature props, 1 1 )Milivoltmeter, 12)Scanner, 13)Icebath,14)Water filter, 15)Pump Figure 1. Experimental Apparatus The surface and fluid temperatures were measured by NiCr-Ni thermocouples. 1 2 thermocouples were embedded in the copper plate close to the upper surface of the medium in order to measure the surface temperatures. 15 thermocouples were installed on the bottom surface. There were 5 thermocouples on the upper surface of the heaters and 5 at inner and upper parts of the insulation, also. There were three taps of thermocouple probes in order to measure temperature profile in porous medium at the cross-section perpendicular to flow direction. Porous medium was drilled at the positions of these taps to move the probs. The sensitive point of the temperature prob that had same kind of thermocouple was surrounded with a small copper ring. This copper ring was placed on top of a ceramic tube which xvncontained the thermocouple leads. An ice bath was used as the cold junction of all thermocouples. A milivoltmeter was used to measure the voltage of thermocouples. Results of Hydrodynamic Experiments The objective of these experiments was to determine the relation between pressure drop and flow rate in the porous medium. The viscous and inertial permeabilities were calculated after finding Ergun's constants. Here, the measure ment range covered the begining and developing regions of Forchheimer regime. Darcy regime in which AP/L changes linearly with um could not be observed in this study because of high errors in measurement of pressure. Furthermore, the experiments for turbulent flow that occurs at high flow rates could not be carried out with the experimental apparatus used. In the experiments, Reynolds number based on mean velocity and wire diameter was changed between 1.5 and 12. The experimental data implied a second order parabolic relationship between pressure drop and flow rate. This is an expected chracteristic of Forchheimer flow regime. When arranging this relationship with dimensionless quantities, it became, V L J uur for first medium, and v L J uur for second medium. = 3.0972(±0.1432)Rem+ 10.8462(±0.9924) = 3.1493(±0.1859)Rem + 58.8837(±1.4754) The pressure drop equation of Carman-Kozeny model for Forchheimer flow regime is V LJ/xum e3 e3 where Ae and BE are Ergun's constants. When this is compared with the above two, Ergun's constants according to mean porosity of the medium were calculated as AE=1 10.86110.14 BE=6.86±0.32 for first medium, AK=321.56±8.06 BE=4.61±0.27 for second medium. Since the viscous and inertial permeabilities are defined as e3d2 ` e3d ` B K =,, K` = _ ` ` F = E Ae(1-e)2 ` BE(l-e) VAT»*/* then they were calculated from the experimental data as follows. Kw=2.3050 /U* m2, K`=1.6144 10`4 m F=0.9404 for first medium Kw=0.4246 İÜ`8 m2, K.,=1.5877 10-4 m F=0.4104 for second medium XVIllResults of Heat Transfer Experiments The heat transfer experiments were carried out for the heat flux range of 4-7 kW/m2. Four different flow rates were considered for first medium and no temperature profile measurements were made. For the second medium, however, experiments were conducted for ] 1 different flow rates, and measuring temperature profiles at three of the flow rates considered. Inlet and outlet temperatures were measured for all of the flow rates in order to calculate overall heat transfer. The local Nusselt number was calculated by using the heated surface temperature, bulk temperature and heat flux data as hH q`H Nu_ = - - = ka k.(T0-b) Local Nusselt number variation along the channel indicated that the thermally developing flow extends to the entire channel length for high flow rates. For that cases, since the fully-developed conditions could not be attained, a curve fit was applied to the heated surface temperatures. From the curve fit functions, the surface temperatures were extrapolated for the length of 2L. Using the extrapolated surface temperature data, the Nusselt number was calculated. The Nusselt number calculated with this approach indicated that the fully-developed conditions were reached at 2L. A correlation fiinction for Nusselt numbers of the fully-developed flow case was obtained as Nub= 0.221 l(PemVDa7)n5992 10 d uae Ppa 2 0= + u - - -^- - V-3- dx r a dy2 K c5 o Paca < u > ox dy The boundary conditions were taken as < u > (0) = 0 < u > (H) = 0 veya (ko+kd) g~ d(H/2) dy = 0 d(x,H) r, 1c?(x,0) ^ = 0 -[ko(0) + k-(0)] ^ q; (0,y) = T The thermal dispersion conductivity was confirmed as the following formula. kd =yPaca %/d) * = [l-Exp(-y/o>d)].. Analitical solutions of the model were carried out with the assumptions of constant porosity and uniform velocity distribution. From the solutions, the dispersion coefficients were obtained as 0.12 and 0.17 for the first and second media respectively. The difference between experimental Nusselt numbers and that of the analitical solution were found to be 11% maximum. The equations of the model were solved numerically without any assumption. From the results, the dispersion coefficients were obtained as y=0.08, co=1.5 and 7=0.27, co=1.5 for the first and second medium respectively. Nusselt number variation and temperature profiles calculated using these dispersion coefficients were in good agreement with those of the experimental measurements. 144

Çeşitli geleneksel ve yenilenebilir enerji kaynaklarından faydalanan termal enerji depolama sistemleri, dünyanın birçok yerinde yaygındır. Sıcak su ve soğuk su depolama imkanıyla ısıtma ve soğutma uygulamalarında tercih edilen bu sistemler özellikle enerji talebinin yüksek olduğu periyotlarda mevcut sisteme destek amacıyla kullanılır. İlk olarak 1930'larda mandıra işletmecilerinin sütleri soğuk tutabilmek amacıyla kullanmış oldukları bu sistem, 1970'lerin sonunda bazı girişimci mühendislerin katkılarıyla ilk kez iklimlendirme uygulamalarında kullanılmaya başlandı. Sistem asıl tanınırlığına 1980'lerde kavuştu. Elektrik kamu şirketleri tarafından yük dengeleyici ve destekleyici bir sistem olarak görüldü. Sistem yaygınlaştıkça, mevcut ısıtma ve soğutma sistemlerinde kullanılan ekipmanlar küçüldü.Termal buz depolama sistemleri, soğutma ve iklimlendirme sistemlerinde soğutma yükünü karşılayabilmek ve enerji tüketimini enerji talebinin az olduğu zamanlara kaydırabilmek amacıyla kullanılan sistemlerdir. Enerji talebinin yüksek olduğu periyotlar özellikle insanların en çok aktif olduğu, sıcaklığın sistem üzerinde etkisinin en çok hissedildiği zaman aralıklarını kapsar. Bu zaman aralıklarında soğutma sistemlerinde soğutma yükü fazladır. Bu yükü karşılayabilmek amacıyla özellikle kompresör tarafında ciddi anlamda enerji tüketimi meydana gelir. Bu enerji tüketimi elektrik tarifesinin yüksek olduğu pik yük zamanlarında gerçekleştiği için işletme maliyetinin artması ile sonuçlanır. Temelde bir soğutma ünitesi ve buz depolama tankından oluşan buz depolama sisteminde aktif rol oynayan soğutucu akışkan etilen glikol-su karışımıdır. Bu karışım soğutma ünitesinde başka bir soğutucu akışkanla soğutulur. Bu soğutma süreci, enerji tarifesinin düşük olduğu gece vakitlerinde gerçekleştirilir. Donma noktası suya göre daha düşük olan bu karışım, buz tankı içerisinde yer alan serpantinin içinden geçerek suyun donmasını sağlar. Genelde uygulamalarda tankın %65 civarında buz, %35 civarında su ile dolu olmasına dikkat edilir. Serpantin etrafında belli miktarda kalınlığa ulaşmış olan buzdan, gündüz enerji talebinin yüksek olduğu zamanlarda faydalanılır. Böylece sistemde pik yük zamanlarında daha az enerji tüketimi meydana gelir. Gündüz karşılanması gereken soğutma yükü, dolaylı olarak gece çalışan soğutucu üniteden karşılanır. Bunun neticesinde ise daha az elektrik tüketimi gerçekleşir.Tankta buz depolama miktarına göre soğutma yükü iki şekilde karşılanabilir. Tam depolamada sistemin soğutma yükünün tamamı buz tankı tarafından karşılanırken, kısmi depolamada ise soğutma yükünün sadece belirli bir kısmı buz tankı tarafından karşılanır. Piyasada yaygın şekilde kullanılan dört çeşit buz depolama teknolojisi vardır. Bunlar buz topu tipi, buz biriktirmeli kayar tip, buz kristalli ve serpantinli buz depolama teknolojileridir. Buz topu tipi buz depolamalı soğutma sisteminde, buz statik bir şekilde tank içerisinde depolanır. Bu sistemin farklılığı, bir depolama tankı içerisinde çok miktarda içi su dolu ve sızdırmaz küresel topların yer almasıdır. Donma süresince bu küresel topların içerisindeki su sızdırmaz toplar arasından geçen etilen glikol karışımıyla dondurulur. Böylece ihtiyaç duyulan buz biriktirilir.Buz biriktirmeli kayar tip sistemde ise, buz tankının üzerinde yer alan ve dikey bir şekilde konumlandırılan evaporatör yer alır. Tank içerisindeki su bu evaporatörün yüzeyinden akıtılarak yüzeyde buz oluşumu sağlanmış olur. Plakalar halinde oluşmuş buz, evaporatörün içinde sıcak soğutucu akışkanın akışıyla eritilir ve tank içerisine dökülmesi sağlanarak buzlu su karışımı oluşturulmuş olur.Buz kristalli depolama sisteminde ise suyun sıfır derecenin altında aşırı soğumuş sıvı fazından faydalanılır. Serpantinli buz depolama sisteminde, buz tankı içerisinde bakır serpantin yer alır. İhtiyaç duyulan buz bu serpantin içinden akan soğutucu akışkanla oluşturulur. Ergitme metoduna göre dıştan ve içten ergitmeli sistem olmak üzere iki farklı çeşidi vardır. Dıştan ergitmeli sistemlerde, buz oluşturma süreci serpantinde yer alan her bir bakır boru üzerinde buz kalınlığı istenen düzeye ulaştığında tamamlanmış olur. Aralıklı yerleştirilen serpantin boruları sistemden dönen sıcak suyun depo içerisinde rahat bir sirkülasyon oluşturulabilmesini sağlar. Boru çevresinde halka şeklinde oluşan buz sistemden dönen sıcak su sebebiyle erimeye başlar. İçten ergitmeli sistemlerde ise, dıştan ergitmeli sistemlere göre serpantin boruları bu sistemde birbirine daha yakındır. Böylece boruların çevresinde yer alan buzlar birbirleri arasında köprü oluşturur. Bu durum dıştan ergitmeli sistemlere göre daha çok buz üretimini sağlar. Donma süreci dıştan ergitmeli sistemle aynıdır. Ergime sürecinde ise, dönen ve eskisine göre daha sıcak olan glikol solüsyonu aynı bakır borular içerisinden geçerek boruyu çevreleyen buz tabakasının içeriden erimesini sağlar.Tezde kurgulanan sistem dıştan ergitmeli serpantinli buz depolama sistemidir. Bu sistemde soğutucu ünite ve buz tankı dışında, bir adet antifiriz tankı yer alır. Antifiriz tankının kullanılma sebebi sistemde dolaşan etilen glikol-su karışımını gerektiğinde tek bir depoda muhafaza edebilmektir. Kullanılan etilen glikol-su karışımı kütlece %20'liktir. Bu karışım -7 °C evaporasyon sıcaklığında R 134A ile çalışan soğutucu ünite tarafından soğutulur. Elde edilen soğuk etilen glikol-su karışımı buz tankına glikol pompaları aracılığıyla gönderilir. Bu sayede buzun depolama süreci başlar. Buz tankı 3 m3 hacme sahip, cam takviyeli polimerden yapılmıştır. Tank içerisini ise 157 litrelik bakır serpantin kaplar. Soğuk etilen glikol-su karışımı bu serpantin içinde dolaşır ve tankta belirli bir miktarda buzun oluşumuna neden olur. Bu donma sürecinin neticesinde elde edilen elde edilen soğumuş su pozitif merkezi sistem üzerinde kullanılır. Pozitif merkezi sistem, -10 °C evaporasyon ile +55 °C kondenzasyon sıcaklıkları arasında çalışabilecek şekilde 2 adet kompresör ve bunlara bağlı soğutma elemanlarından oluşur. Merkezi sistemde dolaşan soğutucu akışkan R 404A'dır. Merkezi sistemin evaporatörleri ise 3 adet sütlük dolaplarıdır. Buz tankından elde edilen soğuk su, pozitif merkezi sistemde kondenser sonrasına bağlı aşırı soğutucu ısı değiştiriciye yollanır. Bu sayede kondenser çıkışı soğutucu akışkan soğuk su sebebiyle bir miktar daha soğutulur. Bu işleme aşırı soğutma denir ve bu işlem sistemin soğutma performansını artırır.Deneyler donma süreci ve ergitme sürecini kapsayacak şekilde farklı zaman aralıklarında yapılmıştır. Bu deneyler boyunca deney düzeneğinin farklı noktalarından sıcaklık ölçümleri alınmış ve bu sıcaklık ölçümlerine göre buz tankının soğutma performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Buz tankı içerisinde beş farklı sıcaklık probu yer alır. Bu sıcaklık problarından üçü tank içerisindeki serpantin yüzeyine yakın noktalarda konumlandırılmış, diğer ikisi ise biri tank içindeki su yüzeyinden, diğeri tankın tabanından sıcaklık ölçümü alacak şekilde yerleştirilmiştir. Bu sıcaklık ölçümlerinde biriken buz miktarı, donma süreci ve ergitme sürecinin ne zaman tamamlandığıyla ilgili en iyi gözlem serpantin yüzeyindeki probların ölçtüğü sıcaklıklardan elde edilmiştir.Bu ölçülen sıcaklıklar neticesinde suyun davranışıyla ilgili önemli durumlara tanıklık edilmiştir. Suyun 4 °C'de gösterdiği davranış grafiklerde incelenmiş, bunun yanı sıra suyun sıfır derecenin altında bir miktar daha sıvı halini koruyarak süper soğuma durumu gözlemlenmiştir. Sistem sadece deneysel olarak incelenmemiş aynı zamanda matematiksel modeli oluşturulmuştur. Bu oluşturulan modele göre çeşitli kabuller yapılmış ve buna göre ısıl dirençler ile taşınım katsayıları hesaplanmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar ve teorik sonuçlar karşılaştırılmıştır. Birbirleriyle olan uyumlulukları incelenmiştir. Yapılan deneyler ve elde edilen teorik sonuçların uyumlu olduğu ve belirlenen tasarım parametrelerine göre ihtiyaç duyulan buz kalınlığının elde edilebilmesi için yaklaşık 16 saat gerektiği anlaşılmıştır. Suyun buz haline geçebilmesi için ise gerekli sürenin yaklaşık 20 saate çıkmış olduğu görülmüştür. Biriken buz miktarının tamamen erimesi ise ortalama 12 saat sürmüştür. Bu sürenin 12 saat sürmesi sadece buz miktarının tamamen tükenmiş olduğunu gösterir. Tamamen erimesi neticesinde elde edilen 10 °C'lik su ise hala sisteme aşırı soğutma için kullanılabilir.Kurulan deney düzeneğiyle birlikte gerçekleştirilen deneyler ve yapılan teorik hesaplamalar neticesinde buz tankının kullanımının bir çok açıdan soğutma sistemine olumlu katkı sağladığı görülmüştür. Özellikle gündüz artan enerji ihtiyacının karşılanması amacıyla enerji talebinin elektrik tarifesinin gündüz vakitlerine kıyasla daha düşük olduğu gece vakitlerine kaydırılması, sistemin işletme maliyetini azaltmaktadır. Değişken tarifeli ve soğutma yüklü sistemde yaklaşık %15 civarında ekonomik kazanç elde edilirken, sabit tarifeli ve sabit soğutma yüküne sahip sistemlerde bu kazanç %5'lere kadar inebilmektedir. Thermal energy storage systems which takes advantage of various traditional and renewable energy sources are common to many parts of the world. These systems that have cold and hot water storage oppurtunities, are preferred in heating and cooling applications. Espacially, in high energy demanded time periods, it is used for support to available heating or cooling systems. First of all, dairy operators used this system in the 1930s in order to keep the cold milk. After that, in the late 1970s this system was used for air conditioning applications with the contribution of some enterprising engineers. The system is known in the 1980s principally. By public electricity companies, thermal energy storage systems were seen as a load supportive and load balancing system. When the system became widespread, heating and cooling equipments became smaller.Thermal ice storage systems are used in cooling and air conditioning systems in order to meet the cooling load and to shift energy consumption to the off peak periods. The periods in which the energy demand is high, include especially time intervals where people are most active and the effect of temperature on the system is felt most. In these time intervals, the cooling load in cooling systems is high. In order to meet this load, a significant energy consumption occurs on the compressor side. This energy consumption results in an increase in operating costs as it occurs at peak load times when the electricity tariff is high.The refrigerant is a mixture of ethylene glycol and water, which plays an active role in the ice storage system consisting mainly of a cooling unit and an ice storage tank. This mixture is cooled by another refrigerant in the cooling unit. This cooling process is carried out at night time when the energy tariff is low. This mixture, which's freezing point is lower than the freezing point of water, passes through the copper coil inside the ice tank and allows the water to freeze. In general, it is recommended that the tank is filled with 65% ice and 35% water. The ice, which has reached a certain thickness around the serpentine, is used when the daytime energy demand is high. This results in less energy consumption during peak load times. The cooling load to be met during the day is indirectly met by the night-time cooling unit. This results in less electricity consumption.Depending on the amount of ice storage in the tank, the cooling load can be met in two ways. In the case of full storage, the entire cooling load of the system is met by the ice tank, while in partial storage only a certain part of the cooling load is met by the ice tank.There are four types of ice storage technology widely used in the market. These are ice-ball type, ice-accumulating sliding type, ice-crystal and serpentine ice storage technologies. In the ice ball type ice storage cooling system, the ice is stored in a static manner in the tank. The difference in this system is that there is a large amount of water-filled and sealed spherical balls in a storage tank. During freezing, the water is frozen with the ethylene glycol mixture passing through the watertight balls in these spherical balls. Therefore, the ice needed is accumulated.In the ice accumulating sliding-type system, an evaporator is located on the ice tank and its position located vertically. The water in the tank flows through the surface of this evaporator to provide ice formation on the surface. The ice formed in the plates is melted by the flow of hot refrigerant in the evaporator and the ice water mixture is formed by pouring into the tank.In the ice-crystalline storage system, water which has liquid phase that's temperature is below zero degrees is used. The serpentine ice storage system has a copper coil inside the ice tank. The ice needed is created by the refrigerant flowing through this coil. According to the melting method, there are two different types; external and internal melting system. In external melting systems, the ice building process is completed when the ice thickness reaches the desired level on each copper pipe in the coil. Intermittent serpentine pipes provide a comfortable return of hot water to the tank. The ice formed around the pipe in the ring starts to melt because of the hot water returning from the system. In internal melting systems, serpentine pipes are closer to each other in this system than externally melted systems. Thus, the ice around the pipes form a bridge between each other. This provides more ice production than externally melted systems. The freezing process is the same as the external melting system. In the melting process, the glycol solution, which is returned and hotter than the old one, passes through the same copper pipes and allow to the ice layer around the pipe melts from the inside.The system constructed in the thesis is an externally melted ice storage system with serpentine. n this system, except for the cooler unit and ice tank, there is one antifreeze tank. The reason for using the anti-freeze tank is to keep the ethylene glycol-water mixture circulating in the system in a single storage if needed. The ethylene glycol-water mixture which is used has 20% concentration by mass. This mixture is cooled by the refrigerant unit that operates with R 134A at -7 °C evaporation temperature. The obtained cold ethylene glycol-water mixture is sent to the ice tank with glycol pumps. In this way, the ice storage process begins. The ice tank is made of glass reinforced polymer. Its volume is 3 m3. There is a 157-liter copper serpentine inside the tank. The cold ethylene glycol water mixture circulates in this coil and causes a certain amount of ice in the tank. The cooled water which is obtained from the freezing process is used on the positive central system. The positive central system consists of two compressors and their associated cooling elements, which can operate between -10 ° C evaporation and +55 ° C condensation temperatures. The refrigerant circulating in the central system is R 404A. The evaporators of the central system are 3 cabinets that are used for dairy milk products. The cold water from the ice tank is sent to the subcooler which is connected after the condenser in positive central system. In this way, the refrigerant which exits from the condenser is cooled slightly by the cold water. This process is called subcooling and this improves the cooling performance of the system. The experiments which comprises the freezing process and melting process.were carried out at different time intervals. During these experiments, temperature measurements were taken from different points of the experimental setup and the effect of the ice tank on the cooling performance was examined according to these temperature measurements.There are five different temperature probes in the ice tank. Three of these temperature probes are located at points close to the serpentine surface in the tank, while the other two are positioned to receive a temperature measurement from the water surface in the tank and the other from the bottom of the tank. In these temperature measurements the best observation about the amount of ice accumulated, when the freezing process and the melting process were completed was obtained, from the temperatures measured by the probes on the serpentine surface. As a result of these measured temperatures, it has been seen that important conditions related to the behavior of water have been observed. The behavior of the water at 4 ° C was examined in the graphs and the water that has supercooled condition was observed. Supercooling is the situation that the water which can preserve its liquid phase below the 0 °C.The system is not only experimentally studied but also it has a mathematical model. Various assumptions were made according to this model and thermal resistances and convection coefficients were calculated. The experimental results and theoretical results were compared. Their compatibility with each other is examined.It is understood that the experiments and the theoretical results are obtained compatible and about 16 hours are required to obtain the required ice thickness according to the determined design parameters. The time required for the water to pass into the ice was found to be approximately 20 hours. It took an average of 12 hours to melt the amount of ice accumulated. This period of 12 hours only shows that the amount of ice is completely exhausted. 10 ° C water which obtained as a result of complete melting can still be used for subcooling the system.As a result of the experiments carried out with the experimental setup and the theoretical calculations, it has been seen that the use of the ice tank contributed positively to the cooling system in many respects. In order to meet the increasing energy demand especially during the day, shifting the electricity demand to night time when the electricity tariff is lower than the day time decreases the operating cost of the system. While an economic gain of around 15% is achieved in the variable-rate and cooling-loaded system, this gain can be reduced to 5% in systems with fixed tariff and constant cooling load.In experiments, it was seen that the ambient temperature and the working mixture pumps had a direct effect on the operating performance of the system.The evaporators used in the cabinets must be selected to be suitable for overcooling. As a result of the overcooling, before the expansion valve, a temperature drop of 20-25 K occurs in the refrigerant. Due to this temperature difference, the refrigerant fluid approaching the saturated liquid point at the valve outlet causes the compressor to enter a certain amount of liquid phase in the liquid phase if not overheated. Therefore, the selection of suitable compressor and evaporator should be done in subcooled systems.Natural convection in the tank is the heat transfer mechanism which is the dominant in both solidification and melting. Air bubbles sent to the tank shorten solidification and melting times. The lowest energy consumption is achieved by the low mass flow and low temperatures of the refrigerant used for ice formation in the tank. Low mass flow leads to a decrease in the temperature of the refrigerant entering the tank, but leads to a reduction in the heat transfer capacity and prolongation of the solidification process. The cooling load of the showcases during the day varies naturally according to the market conditions. The sum of the variable cooling load depends on the distribution of the daily change and corresponds to 40% of the constant maximum cooling load throughout the day. The amount of ice to be stored for the same degree of cooling in the variable cooling load is reduced by approximately 30%.According to the economic analysis made through the experimental installation, the fixed electricity tariff, the maximum constant display cooling load during the day and the gain in energy and energy cost in the case of the given outdoor temperature distribution is 5,15%; 23 and the energy cost is calculated as 14,62%. 109

Bu tez çalışmasında, faz değiştiren malzeme (FDM) ile ısıl enerjinin depolanması deneysel olarak çalışılmıştır. FDM olarak Rubitherm RT 64 HC marka parafin kullanılmıştır. Düz boru ısıtıcı ve kanatlı boru ısıtıcı kullanılarak deneyler yapılmış ve erime süreleri deneysel olarak tespit edilmiştir. Deney düzeneğinde, silindirik cam bir tüp FDM kabı olarak kullanılmış ve etrafı cam elyaf ile yalıtılmıştır. Deney düzeneğinin, ortam şartlarının anlık değişiminden etkilenmesini önlemek için, deney düzeneği büyük bir kutu içine konulmuştur. Isıtıcı, cam kabın merkezine monte edilmiş olduğundan FDM dolu hacim halkasal bir yapıda olmaktadır. Isıtıcı doğru akımlı güç kaynağı tarafından beslenmektedir. Elektrik gerilimi ve akımı ölçülerek sisteme verilen enerji belirlenmiştir. Deneyler, güç kaynağının farklı voltaj ve amper değerleri ile tekrarlanarak, FDM'nin farklı ısı akılarındaki erime davranışı araştırılmıştır.Isıtıcı, cam kap, ısıtıcı kanatları ve yalıtım yüzeylerinden, cam kabın tabanından K tipi termokupllar vasıtası ile zamana bağlı sıcaklık ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda halkasal haznenin merkezinde FDM içindeki sıcaklık değişimi ölçülmüştür. Bütün sıcaklık ölçümleri eş zamanlı olarak bir veri toplama sistemi (data aquasation system) kaydedilmiş ve bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Zamana bağlı sıcaklık ölçümleri ile FDM'nin erime sürelerinin analizleri yapılmıştır. Isıtıcı yüzeyinde, kanatlarda, cam kap yüzeyinde, FDM içindeki noktaların erime süreleri belirlenerek karşılaştırmalar yapılmıştır. Aynı ısıl güç ile düz boru ısıtıcıyla yapılan deney ile helisel kanatlı ısıtıcıyla yapılan deney karşılaştırıldığında; ısıtıcı yüzeyinde en üst nokta hariç diğer noktalarda erimeyi geciktirdiği, parafin kabı yüzeyinde ise erimenin %12 ile %25 arasında daha erken gerçekleştiği görülmektedir. Radyal yöndeki sıcaklık dağılımları incelendiğinde, helisel kanatlı ısıtıcılı sistemde ısının radyal yönde daha iyi iletilebildiği görülmüştür. Helisel kanatlı ısıtıcı ile farklı ısıl güçlerde yapılan deneylerde ise, ısıl güç arttıkça doğal taşınımın yükseldiği, bunun da lokal olarak sıcaklıkların yükselmesine sebep olarak, heterojen yüksek sıcaklık bölgeleri oluşturduğu görülmüştür. Isıl güç 11.5 W'tan 20 W'a yükseldiğinde, ısıtıcı yüzeyinde %59 ile %61, parafin kabı yüzeyinde ise %50 ile %56 arasında bir iyileşme görülmektedir. Isıl güç 20 W'tan 30 W'a yükseldiğinde ise, ısıtıcı yüzeyinde %18 ile %25, parafin kabı yüzeyinde ise %11 ile %18 arasında artmıştır. The energy production methods used today have many harms to nature and human health. For this reason, energy production should be provided from renewable sources to the extent possible. Among the renewable energy sources, solar energy is very promising. But there is a major obstacle to the use of solar energy as a primary source of energy production. Solar energy can not be used in the evening or winter. To overcome this problem, thermal energy storage methods are emerging as a highly effective solution.In this thesis, thermal energy storage method was investigated, an experimental setup was made and an experimental study was carried out. Latent heat storage is carried out in a storage medium called phase change material (PCM). The advantages and disadvantages of the PCMs presented in the literature have been demonstrated, among which the paraffin heat storage medium, which is an organic PCM, has been picked. Rubitherm RT 64 HC paraffin has been used in the experiments and its thermophysical properties are given according to the manufacturer's instructions. The biggest disadvantage of PCMs is that the heat transfer coefficients are very low, and this is the result of experiments that lead to long charging and discharging times. In order to improve the heat transfer, the integration of a helical finned tubular heater into the heat storage medium has been experimentally investigated. In the test setup, a cylindrical glass tube was used as the PCM container and insulated with glass wool. Since the heater is located at the center of the glass container, the PCM filled volume is in a circular structure. The experimental setup is also protected by a rectangular box to prevent the experimental setup from being affected by the instantaneous change of ambient conditions. A copper tube heater is located in the center of the glass container and generates heat to be stored by being fed by a direct current power supply. Current and voltage values of direct current power supply are measured and the power that is fed into system is determined by these values. Time-dependent temperature measurements were carried out by means of thermocouples on copper heater. At the same time, temperature measurements were made using thermocouples over the glass containers from the points corresponding to the exact points of the measurement points over the heater, and the times when the melting was performed were determined by these measurements. Temperature measurement was also made at the gap between the heater surface and the container wall for flat heater, and was made on a fin for helical finned heater, so that the PCM's heat transfer character in radial direction can be seen more clearly. In order to find energy losses from system to ambient, temperatures on isolation's surface, container's bottom and from ambient has also been measured Experimental setup with flat heater and helical finned heater was carried out with same conditions. Afterwards, the experiment with helical finned heater was repeated for different power inputs in order to investigate the melting behavior of PCM. All temperature measurements were simultaneously recorded in a data acquisition system and transferred to electronic environment. Experimental results are presented graphically. Time-dependent temperature measurements were used to analyze the melting times of PCM. The melting times of the points in the PCM were determined and compared on the heater surface, fins, and the glass container surface. Comparing the experimental results between flat tube heater and helical finned heater's performance under same thermal power, on the surface of the heater, melting delayed at other points except for the uppermost point; on the container's surface, menting time decreased between 12% and 25%. When the temperature distributions in the radial direction are examined, it has been seen that the heat can be transferred better in the radial direction in the helical fins. When the thermal power increases from 11.5 W to 20 W, there is an improvement of melting time about 59% to 61% on the heater surface and 50% to 56% on the container's surface. When the thermal power is increased from 20 W to 30 W, it increases from 18% to 25% on the heater surface and from 11% to 18% on the container's surface. Experiments carried out with a helical finned heater at different thermal powers show that as the thermal power increases, the natural convection rises, which causes the temperature to increase locally, creating heterogeneous high temperature zones. The maximum operating temperature of paraffin used in experiments is 95 oC. Therefore, as a result of locally rising temperature values, the experiments had to be terminated without completely melting the paraffin, when this occurs, the system has not been able to make full use of latent heat storage potential. So, higher the natural convection rate may not mean better latent heat storage performance, some limitations for natural convection rate may be taken into account.In addition, an energy balance is established. As mentioned above, since the amounts of melted paraffins vary, the mass fraction of melted paraffin must first be determined, since this information is needed to calculate the amount of latent heat storage. For this reason, a proportion was established in order to determine the melted paraffin mass. Then, sensible heat, latent heat, insulation losses, base losses and losses from top were calculated. Thus, the energy balance is established between 1% and 19% error rate. According to these calculations, the most heat was stored at 11.5 W in the helical finned experiment because melted portion of paraffin is significantly higher in that experiment. On the other hand, the biggest heat loss is still at 11.5 W, because the experiment with 11.5 W was the longest continuous experiment.With the use of helical finned heaters, it has been found that heat can be distributed more homogeneously in paraffin. In this view, improvement of the melting time was observed on the paraffin surface.As a result of the experiments, it is seen that, energy can be stored more by reaching the maximum operation temperature later. The more uniform the temperature is distributed in the system, the later the maximum operating temperatures are reached. So, heat transfer in the radial direction must also be considered.Therefore, it seems more convenient to store at 11.5 W if more latent heat energy is required to be stored. But if the aim is to store energy in a limited time, it seems more appropriate to work at higher thermal powers. 91

Kaynama ısı geçişi, endüstriyel ürünlerde sıkça karşılaşılan bir ısı geçişi türüdür. Evaporatörler, buhar kazanları, ısı boruları kaynama ısı geçişin görülebileceği ticari ürünlere örnek verilebilir. Bu ürünler tasarlanırken, maliyet etkisinden dolayı, küçük yüzey alanından büyük ısı geçişi sağlanması hedeflenir. Bu nedenle de, tasarım için kaynama ısı taşınım katsayı oldukça önemli bir parametredir.Kaynama ve taşınım ısı geçişi arasında bazı benzer noktalar olmasına rağmen, kaynamadaki faz değişimi nedeni ile kaynamadaki ısı geçişi çok daha karmaşık bir yapıda gerçekleşir. Fakat, her iki ısı geçişi şekli de katı bir yüzey ile akışkan arasında gerçekleştiği için matematiksel olarak formule edilirken ısı taşınım katsayısı ifadesi kullanılır. Kaynama olayındaki faz değişimi ve faz değiştiren moleküllerin hareketleri, kaynamadaki ısı taşınım katsayısının teorik olarak ifade edilmesini zorlaştırır. Bu nedenle, kaynama için literatürde çoğunlukla deneysel çalışmalar sonucunda elde edilmiş ampirik bağıntılar yer almaktadır. Deneysel olarak, kaynama ısı taşınım katsayısı, temel olarak ısı akısının kızma farkına bölünmesi ile hesaplanır ve hesaplanan değer sadece yapılan deney şartlarında geçerlidir.Bu tez kapsamında, farklı basınçlar altında, boru üzerinde gerçekleşen kaynamanın incelebileceği bir deney tesisatı tasarlanmış ve sonrasında aseton için bazı sıcaklık ve basınç değerlerinde havuz kaynama incelenmiştir. Havuz kaynamanın önemli parametrelerinde bir tanesi de basınç değeridir. Bu nedenle deney düzeneği farklı basınçlar ile deney yapabilmek adına kapalı bir devre olarak tasarlandı. Deney düzeneği, temel olarak bir adet evaporatör tankı, bir adet su soğutmalı kondenser tankı olarak tasarlandı ve bu iki tank alt ve üst taraflardan borular bile birbirine bağlanarak kapalı bir devre oluşturuldu. Silindir şeklindeki evaporatör tankına içerisinde elektrikli ısıtıcı olan, üzerindeki kaynamanın inceleneceği boru yerleştirilmiştir. Boru içerisindeki elektrikli ısıtıcı 220 V gerilim altında 2300 W ısıl güç sağlayabilmektedir. Evaporatörde boru üzerinde kaynayan akışkan faz değiştirerek yükselmekte ve kondenser tankına girmektedir. Burada yoğuşan akışkan da kondenser tankının altında birikerek, bileşik kaplar prensibine göre tekrar evaporatör tankına geri dönmektedir. Evaporatörde verilen ısı ile kondenserde çekilen ısının birbirine eşit olduğu durumda, sistemde rejim halinde kaynama gözlemlenecektir. Farklı basınçlarda deney yapılması istendiğinde ise, deneye başlamadan önce vakum pompası ile sistemin içindeki hava ve akışkan buharı sistemden uzaklaştırılmalıdır. Deney tesisatı farklı borular ve akışkanlar için, farklı basınç ve sıcaklık değerlerinde kaynamanın incelenmesine olanak verecek şekilde tasarlanmıştır. Aynı zamanda evaporatör tankına eklenen gözetleme camı ile, boru üzerindeki kaynama görsel olarak da incelenebilmektedir. Deney sırasında evaporatördeki homojen sıcaklığının korunması için, kondenser tankına bir adet ön ısıtıcı eklenmiştir. Bu ön ısıtıcı evaporatör tankından aldığı sıcaklık sinyali ile çalışan bir PID kontrol devresi ile çalışmaktadır. Böylece, kondenserde yoğuşan ve aşırı soğuyan akışkan evaportör tankına doyma sıcaklığında dönecektir ve evaporatördeki sıcaklık dağımınını etkilemeyecektir. Bu sayede ana ısıtıcıdan sağlanan ısıl gücün tamamının kaynama için kullanılacağından emin olunmuştur.Bu tez kapsamında, asetonun düz çelik boru üzerindeki havuz kaynaması incelenmiştir. Rejim halinde istenilen basınç değeri elde edildikten sonra, çelik boru üzerine yerleştirilen termo elemanlar ile yüzey sıcaklığı belirlenmiş, evaporatör tankı üzerindeki basınç trasnmitterinden okunan baasınç değerine bağlı olarak da akışkanın doyma sıcaklığı belirlenmiştir. Evaporatördeki ısı güç de, ısıtıcıya sağlanan elektrik enerjisine eşit olduğu için, elde edilen verilerle kaynama ısı taşınım katsayısı hesaplanmıştır. Bu tez kapsamında aseton için yapılan havuz kaynama deneylerinde elde edilen ısı taşınım katsayısı ve Nusselt sayısı değerleri, ilgili deney şarlarında literatürdeki bağıntıların verdiği sonuçlarla karşılaştırılmış ve deneysel sonuçların Cooper ve Ribatski & Jabardo bağıntıları ile yakınsadığı görülmüştür. Deneysel çalışmada elde edilen kaynama ısı taşınım katsayıları farklı basınç değerlerinde elde edildiği için bu tez kapsamında yapılan çalışma sonucunda elde edilen verilere göre bir kaynama ısı taşınım katsayısı ya da Nusselt sayısı bağıntısı önermek doğru olmaz.Ayrıca 3 farklı ısı akısı için de rejim hali olmadan 40 kPa ve 100 kPa basınç değerleri arasında her 10 kPa basınç değişiminde kabarcık oluşumunun nasıl değiştiği görsel olarak incelenmiştir. Basınç ve sıcaklığın artması ile kabarcık boyutlarının küçüldüğü, kabarcık sayısının ise arttığı gözlemlenmiştir. Boiling heat transfer has quite wide usage area for industrial applications. Evaporators, steam boilers, heat pipes are some examples where boiling heat transfer can be seen. Because cost is an important parameter for commercial goods, minimum heat transfer area and maximum heat transfer is the main purpose for a new commercial product design. This purpose makes heat transfer coefficient so significant parameter. Therefore, there are too many studies about boiling heat transfer and enhanced surfaces which provide higher boiling heat transfer coefficient.Although, boiling heat transfer and convection heat transfer have some similarities (like both are occurred between a solid surface and a fluid), due to phase change and molecule movements make boiling heat transfer more complicated. Because boiling has quite complex mechanism, it is not easy to obtain a theoretical correlation as connective heat transfer has. Therefore, usually boiling heat transfer correlations are obtained by experimental studies like convection heat transfer correlations for turbulent flows. An experimental setup, to investigate nucleated pool boiling on horizontal tube, has been designed and built as part of this master thesis. It has been aimed to perform pool boiling experiments on a horizontal tube under different pressure, temperature and heat flux values. Although, pool boiling experiments have been performed for only one tube and one fluid as part of this study, experimental setup has been designed as capable to perform boiling experiments for different type of tubes and fluids.It is know that, pressure is one of the significant parameter for pool boiling. Therefore, experimental setup has been designed to be able to perform boiling experiments for different pressures. Therefore, setup has been designed as a closed loop.Basically, setup designed as an evaporator tank and a condenser tank which connected to each other with two pipes, one pipe connection on top of tanks and another pipe connection at the bottom of tanks. Thus, fluid which evaporates in evaporator tank will go up and move to the condenser tank through connection pipe. Fluid in vapor phase at the condenser will lose heat energy and condense. Condensate fluid will accumulated at the bottom of condenser tank and go back to evaporator tank through connection pipe at the bottom of tanks, regarding combined vessels principle.Evaporator has been design basically as a horizontal cylinder which has a demountable cover on one side to be able to perform experiment on different pipes and welded cover on the other side. Test specimen (pipe) has been assembled on the cover by screwed connection. One side of specimen tube has been closed and other side has been left open to allow heater assembly. In addition, a sight glass has been mounted on the evaporator tank to observe boiling during experiments.Electrical energy has been selected as energy source for boiling. Since, it is more reliable to measure electrical energy which will be provided to specimen pipe to obtain boiling, electrical heater has been preferred. Heater has been designed as helically shape to have homogeneous heat flux on the tube. Selected heater is able to provide 2300 W with 220V. That means, it is possible to have 43000 W/m2 heat flux on the specimen tube which has 33,7 mm diameter.Condenser design includes a helical coil which made of copper located inside a cylindrical tank. Two ends of copper coil have been assembled to a chiller to remove heat from condenser. Copper coil located at the upper side of condenser tank to ensure that liquid phase of fluid level is always stay below the coil. Condenser coil does not work properly if it submerge the liquid phase. In addition a pre-heater which has 2,5 kW power has been added to bottom of condenser tank to heat sub cooled fluid in condenser. To ensure whole power supplied from electrical heater is used for boiling, saturated liquid is needed inside evaporator tank. Otherwise, electrical power will be used first to heat obtain saturated liquid, then boiling. The pre-heater is controlled with a PID controller which gets temperature signal from evaporator via a thermo couple. Because, experimental setup has a closed loop, boiling can be obtained for both negative and positive pressure. A vacuum pump has been implemented to setup to achieve negative pressure in the system. If the power provided from electrical heater in evaporator is equal to power removed from condenser, regime condition is obtained for any pressure or temperature. Regime condition is needed to perform pool boiling experiment and calculate a heat transfer coefficient.To perform pool boiling experiments on designed setup, some auxiliary equipments have been implemented to setup such as a voltage regulator for power supply to specimen tube, a data logger to collect temperature and pressure data and a chiller to remove heat from condenser.Pool boiling experiments have performed for acetone as part of this master thesis for both with regime and without regime condition. Experiments with regime have been performed to calculate a boiling heat transfer coefficient, without regime have been performed to visualization of nucleation on the tube surface. Pool boiling heat transfer coefficient have been calculated by dividing heat flux on specimen tube to excess temperature between surface and saturated liquid. Heat flux calculated by electrical power from main heater which is determined by measuring current and voltage value. Saturation temperature has been determined by measuring pressure via pressure transmitter located on evaporator tank. Surface temperature has been determined by average of temperature measurements for different locations of specimen tube. Surface temperatures have been measured via total 14 pieces thermocouples which located on the top, bottom and side points of tube. Visualization of pool boiling experiments have been performed without regime for 3 different heat flux on stainless steel tube. Pool boiling of acetone have been visualized every 10 kPa pressure change between 40 kPa and 100 kPa pressure. Main purpose of visualization of pool boiling study is understand the effect of pressure and heat flux on nucleation.Experimental pool boiling heat transfer coefficients and Nusselt numbers have been determined for 4 different heat flux values with different saturation pressures. Calculated heat transfer coefficients and Nusselt numbers have been compared to some correlations in literature and seen convergence with Cooper and Ribatski & Jabardo correlations. Because pressure values are different on each regime conditions, it is not proper to propose a heat transfer correlation or Nusselt number correlation regarding experimental results of this thesis study.Nucleated pool boiling of acetone on horizontal tube have been investigated visually for 3 different heat fluxes for different pressure values without regime and seen less nucleate quantity, bigger nucleate size for lower pressures, more nucleate quantity, smaller nucleate size for higher pressure values. 101

Bu çalışmada, pamuklu tekstil katmanlarından oluşan gözenekli ortamdan, santrifüj kuvvet altında suyun uzaklaştırılması deneysel olarak incelenmiştir. Gözenekli ortamda bulunan su ve katı fazın davranışı ile ilgili parametreler ayrıntılı olarak ortaya konulmuştur. Gözenekli yapı içinde kalan su miktarının hesaplanmasına yönelik matematik model geliştirilmiştir.Santrifüj kuvvet altında tekstilde kalan su miktarını azaltmaya yönelik literatürde farklı çalışmalar bulunmaktadır. Devir, kuru katı faz ile su miktarı (yük miktarı) ve yüzey gerilimine bağlı deneysel çalışmalar mevcuttur. Ancak zamana bağlı sistematik bir çözüm yöntemine rastlanmamaktadır. Literatürde, sadece deneysel çalışmaların yapıldığı koşullarda geçerli yarı ampirik ifadeler sunulmaktadır. Diğer taraftan, çamaşır makinesinde sıkma sonunda tekstil üzerinde kalan su miktarını azaltmaya yönelik, D06F 35 patent sınıfı altındaki başvurularda ise genel olarak suyun ısıtılması, buhar kullanımı ve algoritma optimizasyonu gibi yöntemler ile karşılaşılmaktadır.Tez çalışması kapsamında literatürden farklı olarak kılcallık ve değişken gözeneklilik etkilerini de içine alan, santrifüj kuvvet altında gözenekli ortam akış modeli oluşturulmuştur. Pamuklu tekstil katmanlarından oluşturulan çeşitli gözenekli yapılarda su akışı ve katı fazın şekil değiştirmesi ile ilgili parametrelerin belirlenmesi için deney düzenekleri hazırlanmıştır. EN60456:2011 standardında tanımlanan pamuklu yapıdaki çarşaflar üst üste dizilerek gözenekli ortam oluşturulmuştur. Pamuklu dokumada kullanılan iplik ve çarşaf katmanı mikroskop altında incelenerek iplik çapı ve katman kalınlığı belirlenmiştir. Santrifüj kuvvet altında gözenekli yapı ezildiğinden toplam kalınlık azalmakta ve gözeneklilik de değişmektedir. Bu durumu simüle etmek için farklı sayıdaki katmanlardan oluşturulan gözenekli yapının basınç altında kalınlık ve gözeneklilik değişimi ölçülmüştür. Ölçüm değerlerinin analizi edilerek uygun boyutsuz sayılar belirlenmiş ve regresyon analizi ile gözenekliliğin basınçla değişimini veren ilişki elde edilmiştir.Santrifüj kuvvet altında gözenekli katmanın sıkılmasının deneysel olarak incelenmesi amacıyla çamaşır makinesi benzeri bir deney düzeneği hazırlanmıştır. Çarşaf katmanları farklı boyutlarda ve adetlerde kesilerek tambur çeperine monte edilebilecek şekilde deney setleri (yük) oluşturulmuştur. Bu yükler kullanılarak homojen yapıda bir gözenekli ortamdan su uzaklaştırma deneyleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalar sırasında yük miktarı, devir ve sıcaklık gibi parametrelerin su uzaklaştırma hızı ve gözenekli yapıda kalan su miktarına etkileri incelenmiştir. Deneyler sonunda elde edilen ham veriler literatürde tanımlı olan sıkma indeksi ve doyma sayısına dönüştürülerek analiz edilmiş ve literatür ile karşılaştırılmıştır. Deney sonunda elde edilen sıkma indeksi değerlerinin devir arttıkça azaldığı, yük miktarı azaldıkça arttığı görülmüştür. Sıkma indeksinin zamana bağlı olarak değişimine göre ivmelenme sırasında gözenekli ortamdan çıkan su miktarı artmakta ve sıkma indeksinde büyük bir düşüş meydana gelmektedir. Tambur hedeflenen devire ulaştığında, sıkma indeksinin düşme hızı azalmakta ve deneyin sonuna doğru asimptota oturmaktadır. Presle yapılan deneyden elde edilen gözeneklilik-basınç değişimi ilişkisinden doyma sayısının elde edilebilmesinde yararlanılmıştır. Tambur devir sayısına bağlı olarak gözenekli yapıda kalan su miktarının (indirgenemez doyum) azaldığı belirlenmiştir. İvmelenme safhası sonuna doğru, doyma sayısının birden küçük bir değere indiği görülmüştür. Gözenekli yapı boşluklarında bulunan su miktarını gösteren doyma sayısının birden küçük olması yapıdaki boşluklara bir miktar havanın dolduğunu göstermektedir. Hedeflenen tambur devir hızına ulaşıldığında ise doyma sayısı birden küçük bir değere asimptotik olarak yaklaşmıştır.Dönen eksen takımında gözenekli katı ve sıvı faz için ayrı ayrı süreklilik ve momentumun korunum denklemleri yazılmıştır. Katı faz için momentum denklemi integral formda çözümlenerek şekil değiştirme ile gerilme arasındaki ilişki belirlenmiş ve deneysel sonuçlar yardımıyla gerilme-şekil değiştirme denklemi elde edilmiştir. Bu denklem katı fazın santrifüj etki altındaki şekil değiştirme davranışını ortaya koymaktadır. Sıvı faz için süreklilik denkleminin integral ifadesi yardımıyla tamburdan atılan suyun ortalama hızını veren denklem belirlenmiştir. Bu denklemden yararlanılarak deneysel veriler analiz edildiğinde, tamburdan çıkan suyun ivmelenme sırasında maksimum değere ulaştığı görülmüştür. Yük miktarı arttıkça maksimum hız değerinin arttığı belirlenmiştir. Sıkma işleminin sonunda, gözenekli ortamdan su çıkışı durduğundan kılcal basınç santrifüj basınca eşit olmaktadır. Regresyon analizi yapılarak kılcal basınç, devir, yarıçap, katman sayısı ve kalan su miktarı boyutsuz sayılarla ifade edilmiş ve aralarındaki ilişkiyi veren bir korelasyon elde edilmiştir. Sıvı faz için hesaplanan Reynolds sayısı çok düşük değerde olduğu için akış rejiminin Darcy rejimi olduğu gösterilmiştir. İntegral formdaki momentum denkleminden ivme, kılcal basınç, santrifüj basınç ve Darcy terimleri arasındaki ilişki elde edilmiştir. Kılcal basıncın santrifüj kuvvete eşit olduğu kabul edilerek, bu ilişkiden geçirgenlik değerleri elde edilmiştir. Regresyon analizi ile geçirgenlik değerleri ve doyma sayısı arasında üstel bir ilişki olduğu ortaya konulmuştur. Matlab yazılımı kullanılarak gözenekli ortamda santrifüj kuvvetler altında su hareketi ve kalan su miktarıni belirlemek için bir hesaplama algoritması geliştirilmiştir. Korunum denklemleri ve deneysel olarak bulunmuş olan ortama ait ilişkilerle birlikte algoritmada beş adet denklem kullanılmaktadır. Bu denklemler gözenekli ortamdan santrifüj etki ile suyun uzaklaştırılmasını ve katının ezilme davranışını ortaya koymaktadır. Tambur çapı, tambur derinliği, sıkma algoritması, sıcaklık ve yük miktarı bu matematik modelin girdileridir. Bu modelin çözümünden hesaplanan sıkma indeksi değerleri deneysel değerlerle karşılaştırıldığında aradaki farkın en fazla ±%5 olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte modelden elde edilen zamana bağlı uzaklaştırılan su debisi ve sıkma indeksi değerleri de deneysel sonuçlarla oldukça uyumlu çıkmıştır. Deneysel sonuçlarımızla gerekli karşılaştırmaları yapılan Matlab yazılımı ile farklı boyutlara sahip tambur için hesaplamalar yapılmış ve literatürdeki deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Hesaplanan değerlerin deneysel sonuçlardan en fazla %±4 farklı olduğu tespit edilmiştir. Dewatering of cotton textile with variable porosity under centrifugal forces has been examined theoretically and experimentally within the scope of the doctoral study. In this way, experimental studies have been carried out to determine the porosity under compression. Then, dehydration rate of textile was measured according to input parameters. Afterwards, conservation equations were written and they were simplified by considering the physics of phenomenon. At the end of study, mathematical models were developed in order to calculate the amount of remaining water on the textile and dewatering rate time dependently.When previous studies in the literature were examined, it was seen that there were some researches which aim to minimize the amount of water remaining on the textile under centrifugal forces. Experimental results mentioned in the studies were generally considered parameters such as spinning speed, amount of load and surface tension. However, there was no time dependent solution method by creating necessary dimensionless number. Even though, there are different parametric studies in order to decrease water level after spinning, there is not any valid comprehensive mathematical model. The semi-empirical statements are valid only in the space where experimental work has been done. Additionally, the patent applications under D06F35 patent class were investigated to reduce the amount of water on the textile after spinning process. It is observed that the main topics are related with water heating, steam applications, algorithms and perforated drum forms.In the thesis study, it is aimed to develop porous media flow model under centrifugal force including capillary pressure and variable porosity effects unlike the literature. Experimental setups were prepared in order to obtain the effects of mentioned parameters and determine the flow regime during dewatering. Experimental studies were basically carried out in two steps.In the experimental studies, test materials were preferred to demonstrate deformable porosity under centrifugal loading and define saturation effected by capillary number. Because of above mentioned properties, the bed sheets defined in EN60456:2011 washing standard for household appliances were used for tests. The thickness of single layer and diameter of fibers were measured by optical device. Same parameters were calculated by utilizing Pierce model. It was observed that the measured and calculated values were parallel to each other. Afterwards, porous media was formed by stacking the sheets on top of each other. Then, the porosity of textile specimen was calculated by using predetermined calculations. However, textile porosity shows variable property due to centrifugal forces. Therefore, different number of textile samples were exposed to compression tests. Force balance was written down for the analysis of the measurement variables and dimensionless expressions in convenient form were determined. The porosities were correlated with input parameters such as thickness, pressure and number of layers as a result of regression analysis performed in Minitab. In the second phase of experimental studies, a test setup based on washing machine was prepared. Test sets (loads) which were formed by cutting the sheets in different numbers and sizes, could be mounted on to the periphery of the washing machine's drum. A homogeneous porous media was simulated by using these loads during dewatering tests. In the test setup, washing machine was settled onto platform and the motorized valve is connected under tub. When the control system commanded the water evacuation before spinning, the valve was motorized and it ensured to pass water onto scale. There was also data acquisition system which was also connected to experimental setup to measure drum speed, temperature, inlet water, outlet water and power consumption.In the experimental studies, the effects of parameters such as the amount of load, spin speed and temperature on water removing rate and amount of water remaining on the textile were aimed to examine. The acceleration rate of drum was the main influential parameter on centrifugal pressure and porosity of textile so that wide range between `600-1400 rpm` were planned to investigate during tests. The number of sheet layers was also another powerful input defined in the summary of literature. Therefore, the mass of test load was changed to simulate number of sheet layers. The third factor was the temperature to acquire impression of water viscosity and surface tension on desaturation. As a result, full factorial experimental design was created and 18 tests were performed. Raw data obtained from the experiments was analyzed by converting to spinning index and saturation number which were defined in the literature. When our experimental study was compared with results obtained by Denton (1974a), it was noticed that the of spinning index values of both studies were close to each other. Thus, performed experimental study was verified by comparing with the literature.When spinning index obtained from the experiment was examined, it was seen that spinning index was decreasing while target spin speed increases. In addition, spinning index increased when the amount of load decreased. In fact, the change of spinning index versus time was analyzed, it was seen that most of the water moved away from the porous medium during acceleration and major decrease occured in the spinning index. As the drum reached the target spin speed, reduction rate of the spinning index decreased and approached the asymptote at the end of the experiment. Same experimental data was analyzed again by transforming into the saturation number. In order to obtain the saturation number, equation for calculating the porosity after press experiment was utilized. It was determined that irreducible saturation obtained from the experiment reduces similarly, as the spin speed of the drum was increased. In the initial phase of spinning, saturation number increases due to the reduction of porosity. During acceleration phase, it was seen that saturation number suddenly decreases. At the target spin speed of drum, saturation number approached the asymptote value towards the end of spin process.After the experimental study, conservation of momentum and continuity equations were written down separately for solid and liquid phases on the rotating axis. When the continuity equation for the solid phase was solved, it appeared that there was no solid output from the system. Afterwards, the momentum equation for the solid phase was solved and the relationship between strain rate and pressure difference was obtained. When the continuity equation for the liquid phase was solved, the equation that showed the speed of water removing from the drum was obtained. As the experimental data is analyzed by using this equation, it is seen that speed of the water removed from the drum is at maximum level during acceleration. It was determined that the maximum dewatering speed value increased, as the amount of test load increased. When Reynolds number for the liquid phase was calculated, flow regime was determined as Darcy since the obtained value was at low level. Then, the momentum equation was written in the integral form and mathematical operations were performed. Finally, an equation that contained acceleration, capillary pressure, centrifugal pressure and Darcy terms were obtained.After the reduction of momentum equation, capillary pressure and permeability of textile were aimed to be determined from experimental data. At the end of the spin process, capillary pressure became equal to centrifugal pressure since water output from the porous media approaches zero. In this case, necessary dimensionless numbers were created by utilizing momentum equation. Afterwards, regression analysis in Minitab was done and the equality that explains the capillary pressure is obtained. It was seen that capillary pressure is increasing while remaining moisture content of porous media increased. By utilizing the experimental data since the beginning of spin extraction, the permeability of textile was correlated. The permeability and capillary pressure expressions were achieved by examining equations in dimensionless forms.After experimental studies and reduction of conservation equations, a simulation program was developed by using Matlab. The inputs of the simulation were drum diameter, drum width, spinning algorithm, temperature and amount of load. In every step, porosity was calculated iteratively and it was written down in continuity and momentum equations. Then, permeability and capillary pressure parameters were calculated by utilizing equations obtained in data reduction section. Finally, the dewatering rate per time step could be achieved. When the numerical and experimental studies were compared, It was shown that results are parallel and the difference between the experimental and the calculated values was at most ±5%. As, the graphs of time dependent water flow and spinning index were drawn, it was seen that obtained curves were compatible with the experimental studies.In conclusion, developed software was compared with experimental results conducted at washing systems with different drum sizes. At this point, 3 product group with different capacities were chosen. Although experiments were not conducted with larger diameter than 480 mm diameter and higher that 1400 rpm drum speed, since nondimensionalizations were applied during modeling, it was expected that simulation converges at these points and parallel results with experiments are obtained. When measurement and simulation results were compared, it was obtained that the results were different in the range of ±4 %. When the data from experimental results were nondimensionalized conveniently, it was determined that correct results were obtained with the prepared simulation. The methods are investigated to increase the spinning efficiency, by using the software. It was calculated that the drum investigation with 520 mm drum diameter and 275 mm drum deepness decreased the remaining moisture content thoroughly. On the other hand, the reduction of surface tension could be evaluated. For the further studies, the effects of chemicals in order to decrease the surface tension could be investigated experimentally. 175

Günümüzde yenilenebilir enerji popüler bir konu olarak öne çıkmaktadır. Yenilenebilir enerjinin yaygınlaşabilmesi için, düzensiz bir enerji kaynağı olan yenilenebilir enerjinin depo edilebilmesi gerekmektedir. Enerji depolama yöntemleri içinde, ısıl enerji depolama sistemleri ön plana çıkmaktadır. Isıl Enerji Depolama, ısı geri kazanım sistemlerinde ve enerji kullanım optimizasyonunda önemli bir role sahiptir. Isıl enerji depolama sistemlerinde faz değiştiren malzemelerin depolama ortamı olarak kullanılması ile maddenin gizli ısı depolama kabiliyetinden de faydalanılabilinmektedir.Faz değiştiren malzeme olarak, literatürde çeşitli malzemeler kullanılmaktadır. Bunlar arasında parafin, bir dizi avantajı ile ön plana çıkmaktadır. Bu bir dizi avantajının yanında, parafinlerin en büyük dezavantajı, ısıl iletkenliklerinin oldukça düşük olmasıdır. Dolayısıyla, sistemin ısı enerjisi depolama süresi oldukça uzun sürmektedir. Bu dezavantajın üstesinden gelebilmek için, literatürde çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Örneğin, genişletilmiş yüzeylerin kullanımı, nanoparçacık eklenmesi, gözenekli ortam eklenmesi vb. yöntemler araştırılmaktadır. Bu tez çalışmasında, gizli ısı depolama sistemlerinde gözenekli ortam kullanımıyla ısı transferi performansının gelişmesini incelemek için bir deney düzeneği oluşturulmuştur.Tezin birinci kısmında ısıl enerji depolama yöntemlerinin teorik altyapısından bahsedilmiş, ısıl enerji depolama mekanizmaları (duyulur ısı, gizli ısı ve tersinir kimysal enerji depolama) açıklanmıştır. Bu bölümde, son olarak, ısıl enerji depolama yöntemlerinde kullanılan organik malzemeler ve bu malzemelerin saf ve saf olmayandurumlardaki ısıl özellikleri açıklanmıştır.Faz değişiminde duyulan gizli ısı ihtiyacını temel alan ısıl enerji depolama çalışmalarına ilişkin literatür taraması bu tezin ikinci kısmında yer almıştır. Literatür araştırması kısmında incelenen deneysel ve numerik çalışmalarda su, parafin, akrilik gibi malzemelerin faz değiştiren ısıl enerji depolama malzemesi olarak kullanıldığı, ısı transferi miktarını arttırmak için kanatlı ısı değiştiricileri ve faz değiştiren malzemenin bulunduğu taraf için yüksek iletkenliğe sahip metaller ile gözenekli yapı oluşturulduğu görülmüştür. Yapılan çalışmalar ile metal bazlı gözenekli ortam kullanımının ısıl enerji depolama malzemesinin ısıl iletkenliğini yüksek oranda arttırdığı belirlenmiştir.Tezin üçüncü kısmında ise tez çalışması kapsamında oluşturulan deney düzeneğine ve ve deneysel çalışmaya ait detaylar verilmiştir. Deney düzeneğinde faz değiştiren malzeme olarak, 63-65 °C arasında erime noktasına sahip ve 57-72 °C arasında 250 kJ/kg ısıl kapasiteye sahip Rubitherm RT 64 HC marka parafin kullanılmıştır. Seçilenmalzemenin her iki fazdaki ısıl iletikenlik katsayısı 0.2 W/mK olarak belirlenmiştir.xxiii Deney düzeneği olarak laboratuvar ölçekli ısıl enerji depolama test düzeneği İTÜ Makina Fakültesi Alpin Kemal DAĞSÖZ Isı-Kütle Laboratuvarı bünyesinde kurulmuştur. Deney düzeneğinde güç kaynağı, multimetre, faz değiştiren malzemenin konduğu parafin kabı, izolasyon malzemesi, veri toplama cihazı ve bilgisayardan oluşmaktadır. Parafin kabı olarak silindirik yapıda cam tüp kullanılmıştır. Bu tüpün iç çapı 50 mm, dış çapı 52 mm olup uzunluğu ise 350 mm'dir. Parafin kabının çevresi, izolasyon malzemesi olarak 20 mm kalınlığında cam yünü kullanılarak yalıtılmıştır. Cam yününün dışına da ince alüminyum levha sarılarak yalıtkanlık arttırılmıştır. Parafinin erime performansının incelenmesi için cam bir kabın içinde, cam kabın merkezinde bulunan, doğru akım kaynaklı düz boru ısıtıcı kullanılmıştır. Farklı ısıl güçlerde erime performansı incelenmiştir. Isıtıcı bir doğru akım makinası tarafından beslenmiştir. Doğru akım makinasından ayrıca akım ve voltaj değerleri ölçülmektedir. Bu değerler ile sisteme verilen ısıl güç belirlenmektedir. Parafinin erime sırasındaki fiziksel değişimleri ve sıcaklık değişimleri 28 adet K tipi ısıl çift ile incelenmiştir. Isıl çiftler kabın içerisindeki parafinin erime sürecinde, malzemenin ısıl davranışını belirlemek için ısıtıcının yüzeyinden, parafin kabının dış yüzeyine, ısıtıcı yüzeyine. tüpün iç duvarında çevresel olarak konuşlandırılmıştır. Termoelemanların zamana bağlı sıcaklık ölçümleri, Keithley 2700 veri toplama sistemi tarafından yorumlanarak bir bilgisayara aktarılmıştır. Isıl çiftlerin kalibrasyonu su-buz karışımı ve kaynar su ortamlarında, termometre ile ölçümler karşılaştırılarak gerçekleştirilmiştir. Daha sonraki gözenekli ortamda ısıl enerji depolama deneysel çalışması için, gözenekli ortamı oluşturmak için 430 paslanmaz çelik malzemeden imal edilmiş 0.5 mm kalınlıktaki, 2-3 mm genişlikteki bulaşık teli kullanılmıştır. Oluşturulan gözenekli ortamın ortalama gözenekliliği 0.85 olarak belirlenmiştir. gözenekli ortam cam kabın içine doldurulmuştur. Deney prosedürü olarak, faz değiştiren malzeme olarak seçilen parafin malzemesinin farklı ısıl güçlerde (10-20-30-40 watt) faz değişimi performansı incelenmiştir. Bu deney süreci gözenekli ortam içerisine yerleştirilen parafin için de gerçekleştirilmiş ve bu iki farklı durum için sıcaklık değişimlerine ait veriler bilgisayar yardımıyla karşılaştırılmıştır. Deneye başlamadan önce, deneyde kullanılacak olan RT64HC parafininin kütlesi belirlenmiştir. Başlangıçta katı fazda ve küçük taneli yapıda olan parafin malzemesi deney sırasında homojen halde ortamda bulunması için deney öncesinde birkaç defa eritme işlemine tabi tutulmuştur. Deney sırasında ise sıcaklık değerleri her 4 saniyede bir kaydedilmiş ve ısıl çiftlerden alınan sıcaklık verilerine göre parafinin eridiğine kanaat getirilmiş ve deney sonlandırılmıştır.Dördüncü bölümde deneysel çalışmadan elde edilen veriler sunulmuş, incelenmiş ve yorumlanmıştır. Deneylerde elde edilen veriler, gözenekli ortamlı deney düzeneğinde, sıcaklık profili değişiminin, sadece parafinin kullanıldığı deneye göre daha düşük olduğunu göstermektedir. Bu sonuç, gözenekli ortamda ısı transferinin daha üniform bir şekilde gerçekleştiğini göstermektedir. Gözenekli ortamda etkin ısı iletimi katsayı daha yüksek olduğu için, ısıl penetrasyon yükselmektedir. Deneylerin başlangıcındaki ısı aktarımının iletim ile kontrol edildiği görülmüştür. Bir süre sonra, iletim ve taşınım karışımı ile erime büyük ölçüde gerçekleştikten sonra ise ısı transferi tamamen doğal taşınım ile yapılır.xxivGözenekli ortamın eklenmesiyle, parafinin erime zamanının ortalaması, yalnızca parafinin olduğu durumun ortalama erime süresine göre yaklaşık% 7 ile % 20 azaltılmıştır. Takip eden bölümlerde, işlemin, kap içinde, gözenekli ortam ile birlikte veya olmaksızın sıcaklık profilleri değerlendirilmiştir.Temel olarak, bu deneysel çalışmada, eritme işlemi sırasında, konteyner boyunca sıcaklık profili incelenmiştir. Sonuç olarak, elde edilen sonuçlar, böylesi bir sistemin götüren ısı transferi fiziğini algılamak için yararlı bilgiler ve kapsamlı sonuçlar elde edilmesine yardımcı olmuştur. Thermal Energy Storage has a significant role in heat recovery systems and energy uses optimization. For the thermal energy storage applications, the Phase Change Materials (PCM) are the main elements in the system. Paraffin waxes are the common materials and also are preferred as the phase change material for the low temperature thermal energy storage systems; however, the paraffin as an organic material has low thermal conductivity and this feature has a notable effect on the thermal energy storage process. As a matter of fact, there are many ways to improve the thermal conductivity of these materials, such as adding the nanoparticles to the material, using the finned heaters, utilizing porous medium and etc. In this project the impact of the porous medium on the melting process inside a cylindrical container has been investigated. By adding the porous medium, average of the melting time of the Paraffin has been reduced approximately about 7% to 20 %, relating to the pure paraffin average melting time. In the following chapters, the temperature profiles of the process, inside the container, with and without porous medium, has been assessed. It has been observed that, the temperature gradient inside the porous medium during the melting procedure is considerably lower than pure paraffin condition. Basically, in this experimental study, during the melting process, the temperature profile along the container is examined. Consequently, the outcomes helped to obtain a useful information to perceive the heat transfer physic which led to a comprehensive conclusion, that the heat transfer at the beginning of the experiments is controlled by conduction. Afterward, by the mixture of the conduction and convection, the heat transfer is purely done by natural convection. 105

Dünyamızda elektrik enerjisinin üretiminin çok önemli bir kısmı hidrokarbon yakıtlar kullanılarak bileşik güç santrallerinde elde edilmektedir. Bu santrallerde yakıtın yakılmasıyla çok yüksek kaynak sıcaklıklarına erişildiğinden ısıl verim de yüksek olmaktadır. Güneş enerjisi, jeotermal enerji gibi doğal kaynakların ve endüstriyel atık ısıların (baca gazları, egzos gazları, vb) sıcaklıklarının düşük olması sebebiyle elektrik enerjisi üretiminde kullanılması uzun yıllar ekonomik olmamıştır. Ancak, son yıllarda iş yapan akışkan olarak su yerine hidrokarbon esaslı akışkanların kullanıldığı ve düşük sıcaklıktaki ısı kaynaklarını kullanan ORC isimli buhar santralleri üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. Özellikle düşük sıcaklıktaki jeotermal enerjinin kullanıldığı ORC tesisleri kurulmuştur. Bu çalışmada, ele alınan 5 kW'lık ORC ısı makinası modellemesi yapılmaktadır. Makinanın evaporatör ve kondenserleri plakalı ısı değiştirici tipinde ve iş yapan akışkan olarak da R245fa seçilmiştir. Evaporatör, kondenser, genişletici ünite ve pompadan oluşan ORC sistemine bu çalışmada bir de kısılma vanası eklenmiştir. Kısılma vanası esas olarak sistemin ilk çalışma durumunda veya güç ayarlamasında kullanılmaktadır. Çalışmada Türkiye'nin jeotermal enerji kaynakları gözönüne alınarak sıcak ısı kaynağı 125 C sıcaklıkta basınçlı su ve soğuk ısı kaynağı olarak ise 25 C sıcaklıkta su seçilmiştir. ORC sisteminin bütün elemanlarına ait akış ve ısı geçişi formülasyonu yapılmış ve Mathcad üzerinde program yazılarak termodinamik ve ısıl hesaplar parametrik olarak hesaplanmıştır. Evaporatör ünitesinin formülasyonunda, akışkanın sıkıştırılmış sıvı halinde girdiği ve kızgın buhar olarak çıktığı gözönüne alınmıştır. Plakalı evaporatörde sıcak ve soğuk akışkanlar tek geçişli olarak ele alındığından, akışkanın plakanın hangi noktasında kaynamaya ve kızmaya başladığı hesaplanmaktadır. Evaporatör ve kondanserin tek fazlı ve çok fazlı olduğu bölgeleri için farklı uygun sürtünme ve Nusselt korelasyonları gözönüne alınmaktadır. Dizayn şartları olarak evaporasyon sıcaklığı 75 C, kondenser sıcaklığı 40 C, pompa ve genişletici verimleri %35.6 ve %75 seçilmiştir.Elde edilen evaporatör gücü 80.10 kW, tasarım şartlarında genişleticiyi kullanırken kondenser gücü 75,10 kW, pompa gücü 0,3 kW, genişletici gücü 5,3 kW değerlerinde elde edilmiştir. Çevrimin ısıl verimi % 6,242 olarak hesaplanmıştır. Kısılma vanası kullanılırken gerekli kondenser gücü 80,40 kW olarak elde edilmiştir. Iki farklı çevron açısı için ısı taşınım katsayıları birbiriyle karşılaştırılmış. 60 derecelik plakalı ısı değiştiricinin daha yüksek ısı taşınım katsayısı olduğu ama aynı halde daha yüksek basınç kaybı olduğu da gösterilmektedir. Isı değiştiricilerindeki basınç kayıplarının çevrimin ısıl verimini azalttığı, 45 derece çevron açısı için verimin %0,444 ve 60 derece çevron açısı için de %0,561 olduğu tespit edilmiştir.Evaporatör ve kondenser hesabında levha sayısı, levha eni ve boyu dikkate alınarak detay hesaplamalar yapılmaktadır. Evaporatör için gerekli 125 C deki sıcak su debisi 0.901 kg/s olarak tespit edilmiştir. Kondenser hesabında geometrik yapı belirlendikten sonra 25 C soğuk su sıcaklığına göre hesaplamalar yapılmış ve soğuk su debisinin 2,55 kg/s olması gerektiği bulunmuştur. Akışkanın kısılma vanasından geçtiği durumlarda soğuk su debisinin 2,62 kg/s olduğu tespit edilmiştir.Dizayn şartlarında evaporatör ve kondenser etkenlikleri preheater kısmı için 0,53, evaperatör kısmı için 0,30 ve superheater kısmı için 0,98 , desuperheater kısmı için 0,85 ve kondanser için de 0,60 olduğu tespit edilmiştir. Soğuk su debisi ve sıcaklığının sisteme etkisi incelenmiş ve kondanserin soğuk suyun 21-28 C aralıklarında çalışabildiği gösterilmiştir. Soğuk su sıcaklığının 28 C dereceyi geçtiği durumda, kondanser çıkışında tamamen kondans olmuş akışkan elde etmek için ekstra kondansere gerek olduğu belirlenmiştir.Pompa ve genişleticinin isentropik verim artışları çevrimin ısıl verimini pozitif yönde etkilemektedir. Bu durum çizilen eğrilerle ortaya konulmuştur.Evaporasyon sıcaklığın artışı ve kondanser sıcaklığının düşüşü çevrimin ısıl verimini arttırdığı eğrilerle gösterilmiştir.Evaporasyon sıcaklığı 95 C ye kadar arttığında üretilen aynı güç için evaporatör ve kondanserin gerekli toplam alanı azalmaktadır. Bu alan 95 C de bir minimumdan geçmektedir. Böylece, kondanser sıcaklığı, sıcak ve soğuk ısı kaynak sıcaklıkları, pompa ve genişletici verimleri aynı iken toplam ısı geciş alanının minimum olduğu bir durumun olduğu gösterilmiştir. Evaporator ve kondenser etkenlikleri de evaporasyon sıcaklığının artışıyla artmaktadır. In today's world, the major part of the electrical energy is produced by consumption of hydrocarbon fuels in combined power plants. The thermal efficiency of these plants is higher, because of high source temperature that is occurred by burning of hydrocarbon fuels. Utilization of natural sources like solar and geothermal energies and industrial waste heat (flue gases, exhaust gases, etc.) had not been economically efficient because of their low temperature. However, through previous years by using hydrocarbon-based fluids instead of water, efforts are in progress on the utilization of a steam power system called ORC, which utilizes low-grade heat sources. Especially ORC systems are established for utilization of geothermal sources.In this study, a 5 kW ORC heat engine is modeled. Evaporator and condenser of the engine are chosen as plate type heat exchanger (HEX). The working fluid is selected as R245fa. This ORC system consists of evaporator, condenser, expander and the pump; in addition to these components, the expansion valve is added which is basically used in times of start-up and for adjusting the power output of the system.In this work, the heat source is specified as pressurized water of 125 C temperature based on Turkey's geothermal resources. Heat sink, however, is specified 25 C based on the climate of the country.Flow and heat transfer formulations are made for all of the units and coded in Mathcad program to parametrically perform thermal calculations.Working fluid is considered as compressed liquid at inlet, and superheated vapor at outlet in the formulation of the evaporator. Since the evaporator is considered as a single pass plate heat exchanger (PHE), starting points of boiling and superheating in the plate channels are calculated in analyzing of the evaporator. Suitable friction factor and Nusselt correlations are chosen for single and two-phase regions in the evaporator and condenser.Evaporation temperature of 75.2 C and condensation temperature of 40 C values are selected as design conditions for our system. Pump and expander efficiencies are set as 35.6% and 75% , respectively.Evaporator and condenser capacities are calculated as 80.10 kW, and 75.10 kW, respectively. The thermal efficiency of the ORC cycle is obtained as 6.242% while pump and expander powers are 0.3 kW and 5.3 kW. On the other hand, the final condenser power is calculated as 80.40 kW when the working fluid passes completely through the expansion valve.For two different chevron angles of 45 and 60 degrees, heat transfer coefficients (HTC) and pressure losses are compared with each other. Plates with 60-degree chevron angles have higher HTC and higher pressure loss then 45-degree chevron angle. Pressure loss in HEXs decreases cyle thermal effıciency by 0.444% for chevron angle of 45 degrees and 0.561% for chevron angle of 60 degrees.Evaporator and condenser calculations performed by taking into account the plate number and dimensions. Required hot water mass flow rate with 125 C temperature is 0.901 kg/s in evaporator. For condenser, however, required cold water mass flow rate with 25 C temperature is accuired as 2.55 kg/s and required cold water mass flow rate when fluid passes expansion valve is obtained as 2.62 kg/s.In design conditions, HEX efficiencies are obtained as 0.53 for preheat region, 0.3 for evaporator region, and 0.98 for superheat region. In case of the condenser, for desuperheater region efficiency is obtained as 0.85 and for condenser obtained as 0.6.Regarding the effect of cold water temperature change on condenser, results indicate that cold water temperature varies between 21-28 C. Fully condensed fluid at condenser outlet can be maintained by adjusting the mass flow rate of cold water in this range of temperature. However, extra condenser is required for water temperatures over 28 C, because of excessive required water mass flow rate to have fully condensed fluid at the condenser outlet.Increase in pump and expander isentropic efficiencies can positively affect cycle thermal efficiency. Increasing of evaporation temperature and decreasing of condensation temperature can also improve thermal efficiency.Overall area of HEXs for the same output power is decreasing by increasing of evaporation temperature until 95 C. 99

Çamaşır kurutma makinalarında enerji tüketimi ve kurutma süresi gibi kullanıcıyı etkileyen parametreler önemlidir. Çamaşır kurutma makinası üzerinde deneysel, teorik ve modelleme çalışmaları yaygın olarak yapılmaktadır. Bu tezde, çamaşır kurutma makinasındaki kurutma işleminin deneysel olarak incelemesi amacıyla bir deney tesisatı kurulmuştur. Tesisat çamaşır kurutma makinasının tamburu, elektrikli ısıtıcı, yoğuşturucu batarya, sirkülasyonu fanı ve filtre içeren kapalı bir hava çevriminden oluşmaktadır. Isıtıcı gücü, hava debisi, sıcaklıklar, basınç farkı, yoğuşan su kütlesi, nem oranları vb. ölçümler yapılarak yük miktarına bağlı olarak kurutma süreleri deneysel olarak incelenmiştir. Ayrıca yoğuturucu ünitesi için kütle ve enerji dengesi matematik olarak yazılmış ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Deneylerde standart ebattaki etamin dokulu pamuklu yük kullanılmıştır. Tambur eksenine paralel olarak konulan kuru yükler 2 kg, 4 kg ve 6 kg olarak değiştirilmiş ve hepsinde su miktarı kütlesel olarak %60 oranında sabit tutulmuştur. Aynı ısıtma gücü, fan devir sayısı, tambur devri, yoğuşturucu soğuk su debisi ve giriş sıcaklığı için zamana bağlı olarak anlık yoğuşan su miktarı ölçülmüştür. Yük miktarı arttıkça kurutma süreleride artmaktadır. 2 kg, 4 kg ve 6 kg yükler sırasıyla 75, 111, 147 dakikada kurumaktadır. Kurutma sonunda, başlangıçtaki %60'lık suyun tamamının buharlaştırıldığı görülmüştür. Kurutma süresi için, ısıtıcıda harcanan toplam enerjiye göre her yük için enerji tüketimleri belirlenmiştir. Birim kuru yük başına harcanan kurutma enerjisinin ve kurutma süresinin azaldığı gösterilmiştir. Yükün fazla olduğu durumlarda proses havasına geçen nem miktarı da arttığı için yoğuşan su hızı artmaktadır. Yoğuşturucu ünite için kütle ve enerji dengesi yazılmış, hesaplanarak elde edilen yoğuşan su debisi ile ölçülen su debileri karşılaştırılmıştır. Deneysel olarak ölçülen ve hesaplanan su debiler arasında %18'lık bir sapma olduğu görülmüştür. Yapılan deneylerde yükten çıkan havların filtreyi kısmen tıkaması sebebiyle hava debisi belirgin ölçüde azalmakta olduğu görülmüştür. Yük miktarına bağlı olmaksızın kurutma süreleri sonunda filtrede biriken havların miktarı yaklaşık olarak aynı olmuştur. Hava debisi ısıtıcı giriş ve çıkış sıcaklıkları ölçülerek belirlendiği için hava debisi değişimi kurutma süresi boyunca anlık tespit edilebilmiştir. Sonuç olarak; çalışılan sistemde kurutulan yük miktarının artması, yoğuşan su kütlesel debisinde de artış yaratmaktadır. Yoğuşan su kütlesel debisinin artması ise birim yük miktarının kurutulma süresini ve harcanan ısıtıcı enerjisini azaltmaktadır. In this thesis, an experimental investigation about the effect of drying performance on laundry dryer with different loads were studied. Therefore the experimental setup was established. This setup has water-cooled condenser different from household tumble dryers on market. In the experimental study, the effect of the amount of load to be dried, energy consumption and drying time was determined. Some measurements were made in the experimental set up, so that theoretical calculations could be made. Condensation water flow that affects the drying time is theoretically calculated by the energy and mass balances established in the condenser region. The results obtained with theoretical calculations are compared with experimental data. The amounts of deviation between the values obtained by the calculations made and the actual values were determined. Since all calculations and experimental results were instantaneously examined. Temperature changes and condensing water droplets during the drying process were instantaneously detected. These instantaneous changes were compared for analysing the characteristics of different drying loads. As a result; in accordance with the experimental studies and theoretical calculations made, the amount of water that goes out of the condensation aftertreatment system in the studied tumble dryer condenser unit is realized with a phase difference of 9 minutes according to the instantaneous calculated water amount. This phase difference is found to be approximately 9 minutes for all loads examined. In addition, the increasing the amount of load dried in the drying system causes increasing the mass flow of the condensing water. The increase in the mass flow of the condensing water reduces the drying time of the unit charge amount and the energy of the spent heater. Process air flow decreases during drying cycle because of lints that covers on lint filter surface. Theoretical condensing water flow was obtained by using the heater power, process air heater inlet-outlet temperatures, the process air condenser inlet-outlet dry and wet thermometer temperatures. Water amount calculated by water flow and time datas. And theoretical water amount was obtained with -16% difference according to the test results. This difference is at the same level in all loads examined and the model is successfully built. Similarly, the theoretical condensing water flow were reached with a 95% probability of 18-20% difference from the experimentally obtained data. Tumble dryers provide drying laundries fast, without the need for too much living space and without being affected by air pollution, air conditions and intense sun rays. The process in the tumble dryer is as follows; the air is heated. The heated air is directed onto the laundry to be dried. Finally, moisture is removed from the laundry. The air that includes moisture have some laundry lints on itselves. That lints is removed by a lint filter. The hot air takes its moisture on the laundry by evaporation. In some tumble dryers, the air heated is taken out of the dryer by means of a chimney after desiccation of the laundry. In some tumble dryers, damp air is not sent out of the dryer, the humid air is condensed and this air is regain into the drying cycle for saving energy. Besides, user's usage habits affect the user either positively or negatively. The full capacity, medium capacity or low capacity of the tumble dryer usage changes the parameters that affect the user, such as all energy consumption and drying time. Light loads were used as 2 kg, medium loads were used as 4 kg and heavy loads were used as 6 kg in this study.In this thesis, the drying performances of different loading quantities will be examined. In the experimental setup, the calculations made in the direction of this instantaneous temperature data taken during the drying process from different points and the rate of condensation, which is called condensing water flow, will be theoretically and experimentally determined. This process will be repeated with different loads and the drying rates of the different loads will be compared over the theoretical and experimental data.In this thesis, an experimetal setup was created for simulating tumble dryer. This setup which has drum, process fan, filter, electric heater and condenser, has been studied on. The condenser that used is a water-cooled. The condenser's tubes' material is copper. The condenser's cooling water flows inside these tubes. And aluminum fins in contact with copper tubes are used to increase heat transfer. Condenser cooling water refrigereates by a heat pump system. This system's hot exchanger side is located at environment. And cold side exchanger is located in a water tank that is a hundred litres. All the tests used the same components and values. Only, load quantities were changed. 6kg, 4kg and 2kg dry cotton textile load samples were used with %60 huminity.In the experimental study, the effect of the amount of load to be dried, energy consumption and drying time was determined. Some measurements were made in the experimental set up so that theoretical calculations could be made. The heater current, heater voltage and heater air inlet-outlet temperatures were measured to determine the air flow rate. In order to calculate the amount of condensing water during drying, wet-dry thermometer temperatures, condenser cooling water inlet-outlet temperatures, condenser cooling water flow and condensing water temperature were measured at the inlet and outlet of the condenser. Condensation water flow that affects the drying time is theoretically calculated by the energy and mass balances established in the condenser region. The results obtained with theoretical calculations are compared with experimental data. The amounts of deviation between the values obtained by the calculations made and the actual values were determined. Since all calculations and experimental results are instantaneously examined, temperature changes and condensing water droplets during the drying process are instantaneously detected. These instantaneous changes are compared to the characteristics of different drying loads.As a result; in accordance with the experimental studies and theoretical calculations made, the amount of water that goes out of the condensation aftertreatment system in the studied tumble dryer condenser unit is realized with a phase difference of 9 minutes according to the instantaneous calculated water amount. This phase difference is the source of the condensate droplets flowing through the fins to the water accumulation table located in the condenser sub-region. Theoretically obtained results are obtained from the instant speed of the condensation. This phase difference was found to be approximately 9 minutes for all loads examined. In addition, the increase in the amount of load dried in the drying system causes increasing in the mass flow of the condensing water. The increase in the mass flow of the condensing water reduces the drying time of the unit charge amount and the energy of the spent heater. Process air decreases during drying cycle because of lints that covers on lint filter surface. Lint amounts can vary according to the laundry properties that used. Cotton textiles were used in the tests. The amount of lint varies by washing and drying cycles the laundry. The amount of lint loosening in the laundry washed and dried for the first time is higher than the laundry used for a long time. New cotton textile was used in all tests in order to avoid this variability. Constant heater current and voltage value, increasing at heater inlet and outlet air temperature difference is determined to decrease of process air flow rate.In conclusion; the heater power, process air heater inlet-outlet temperatures, the process air condenser inlet-outlet dry and wet thermometer temperatures were obtained with a theoretical water amount of -16% according to the test results. This difference is at the same level in all loads examined and the model is successfully built. Similarly, the theoretical condensing water flow rate were reached with a 95% probability of 18-20% difference from the experimentally obtained data. 94

Paralel robotlar, seri muadillerine kıyasla birtakım üstünlüklere sahiptir, ve bu nedenle sanayide yaygın bir şekilde kullanılırlar. Bu robotlara özgü Tip II tekillik problemi literatürde geniş ölçüde çalışılmıştır. Genel itibariyla gereken eyleyici kuvvetleri bu tekil konfigurasyonlar civarında sonsuza ıraksar, ve robotun kontrol edilebilirliği kaybolur. Tekilliklere karşı gürbüz dengeleme yöntemi Tip II tekilliklerden geçmek için geliştirilen en son metotlardan biridir. Literatürdeki hareket planlama yöntemleri istenen herhangi bir yörüngeyi takip etmede yardımcı olamaz, ancak tekilliklere karşı gürbüz dengeleme yöntemi ile bütün yörüngeler gerçeklenebilir. Bu tezde, tekilliklere karşı gürbüz dengeleme yöntemi, her bir bacağa birer tane sabitlenmek suretiyle, üç karşı ağırlık kullanarak 3-RPR düzlemsel paralel robotlara uygulanmıştır. Denge tasarım denklemi çıkarılmış ve karşı ağırlıkların uygun konumları analiz edilmiştir. Bu kapsamda iki teorem ve iki sonuç teoremi verilmiş ve ispatlanmıştır. Teorik olarak elde edilen sonuçlar sayısal örneklerle de doğrulanmıştır. Bu amaçla farklı dengeleme senaryoları incelenip biribiryle karşılaştırılmıştır. Dengeleme parametrelerinin robotun performansı üzerindeki etkisi, eyleyici kuvvetlerinin azaltılmasına dayanan bir performans indeksini baz alarak tartışılmıştır.--------------------Parallel robots offer a number of superiorities over their serial counterparts, and for this reason they are widely used in industry. Type II singularity problem that is characteristic to these robots has been studied extensively in the literature. In general, the required actuator forces grow unboundedly around these singular configurations, and controllability of the robot is lost around them. The singularity robust balancing method is one of the recent methods that has been developed for crossing Type II singularities. Motion planning methods in the literature cannot help to track an arbitrarily desired trajectory; however, by using this recent method, every trajectory is realizable. In this thesis, the singularity robust balancing method is applied to 3-RPR planar parallel robots by using three counterweights, each being fixed to one separate leg. The balance design equation is obtained and suitable loci of counterweights are analyzed. Two theorems and two corollaries are given and proved within this context. The theoretical findings are also validated through numerical examples. Different balancing scenarios are considered and compared for this purpose. The effects of balancing parameters on the performance of the robot are discussed by considering a performance index that is based on decreasing the actuator efforts.

Bu tez çalışmasında buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine sahip harici bir soğutma sistemindeki ısı geçişi olayları; deneysel çalışmalar ve matematik modelleme çalışmaları dahilinde incelenmektedir. Bu soğutma sisteminde temel elemanlar olarak hermetik kompresör, kılcal boru, buharlaştırıcı, buharlaştırıcı fanı, yoğuşturucu ve yoğuşturucu fanı yer almaktadır. Buharlaştırıcı ve yoğuşturucu olarak kaydırılmış sıralı borulu düz kanatlı ısı değiştiricileri kullanılmaktadır. Bu ısı değiştiricileri üzerindeki hava hızlarının sistem performansına ve sistemdeki sıcaklıkların değişimlerine olan etkisi ele alınmaktadır. Öte yandan, soğutma hacmindeki soğuma davranışları tek bir hava hızı için incelenmektedir.Buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin anlaşılabilmesi amacıyla öncelikle, çevrim elemanları ve çevre koşullarına ait termodinamik, akış ve ısı geçişi kısaca özetlenmektedir. Soğutma sistemi elemanlarının görevleri ve buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi hakkında genel bilgiler üzerinde durulmaktadır. İdeal ve gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimleri arasındaki farklara değinilmektedir. Soğutma sistemindeki bileşenlerin modellemesinde ve sisteme ait ısı kazancının belirlenmesinde kullanılabilecek denklemler, bileşenlerin çevrimde aldığı görevlere uygun olarak verilmektedir. Yoğuşturucu ve buharlaştırıcıda iç akış tarafında faz değişimi baskın olduğundan, ısı taşınım katsayıları bulunurken her iki eleman için farklı korelasyonlar verilmektedir. Dış taraftaki akış özellikleri benzer olduğundan tek bir korelasyon verilmektedir. Isı değiştiricilerindeki ısı geçişi hesaplamalarında kullanılanılan ε-NTU metodu kısaca açıklanmaktadır. Bunun yanı sıra, kaydırılmış sıralı borulu düz kanatlı ısı değiştiricilerinin kanat hesabına değinilmektedir. Aynı bölümde, kabin içindeki hava ile çevre ortamı arasında gerçekleşen ısı geçişine ait denklemler çıkarılmaktadır. Kabin içerisine bir maddenin yerleştirilmesi durumunda meydana gelen ısı ve kütle geçişi ifadeleri belirlenmektedir. Deneysel çalışmalar bölümünde; soğutma çevrimi elemanlarında, soğutma yapılacak olan hacimde ve soğutma sistemi ile hacim arasındaki bağlantıyı sağlayan hava kanallarında belirli noktalara termoeleman bağlanarak bu noktaların sıcaklık ölçümleri yapılmaktadır. Sıcaklık ölçümleri ile eş zamanlı olarak soğutma sisteminin performansını belirlemek için sistemin çektiği güç ölçümleri de yapılmaktadır. Bu ölçümler buharlaştırıcı ve yoğuşturucu fanının besleme voltajı değiştirilerek altı farklı kombinasyonda tekrarlanmaktadır. Soğutma sisteminin performansını etkileyen bir parametre olan buharlaştırıcı fanının debisi, soğutma sistemine uygun olarak tasarlanan bir düzenek ile 6V, 9V ve 12V fan besleme voltajı değerleri için ölçülmektedir. Bu deneysel çalışmaların dışında, soğutma sistemine bir yük yerleştirilerek tek bir fan hızı kombinasyonu için yükün ve soğutma hacminin sıcaklık değişimi incelenmektedir. Yükün kütle değişiminin de incelenmesi için sisteme yük olarak gıda maddesi konularak kütle kaybı deneyleri gerçekleştirilmektedir.Deneysel çalışmaları yapılan soğutma sistemine uygun olarak, soğutma çevrimi ve soğutma hacmi için matematik model kurulmaktadır. Soğutma çevrimi için oluşturulan modelde, her çevrim elemanı için uygun kabuller yapılarak elemanlar ayrı ayrı ele alınmaktadır. Her bir bileşen için yapılan uygun kabuller doğrultusunda meydana gelen özel durumlara ait korelasyonlar literatürden alınmaktadır. Bu bağıntılar yardımıyla oluşturulan matematik modellerin hesabı, bilgisayar ortamında oluşturulan bir program ile yapılamaktadır. Programdan elde edilen bileşen sıcaklıkları grafikler halinde verilmektedir. Soğutma hacmi için kurulan matematik modelde ise, soğutma hacmindeki havanın ve hacme yerleştirilen yükün sıcaklığının, zamana bağlı olarak tahmin edilebilmesi amaçlanmıştır.Çalışmanın son bölümünde, soğutma sisteminin farklı buharlaştırıcı fan debileri için deneysel çalışmalardan elde edilen; sistemin harcadığı enerji miktarları, çalışma oranları ve benzeri performans değerleri irdelenmektedir. Performans değerleri incelendiğinde, buharlaştırıcıdaki hava hızı arttıkça sistemin çalışma oranı (runtime) düşeceğinden soğutma hacminin istenilen sıcaklık değerine gelme süresi ve bu sürede harcadığı enerji miktarının azaldığı söylenebilmektedir. Benzer şekilde çalışma oranının, sistemlerin dengeye geldikten sonra harcadığı enerji miktarlarında da etkili olduğu görülmektedir. Ardından, soğutma hacmindeki yük paketi için deneyden ve modelden elde edilen soğuma eğrileri karşılaştırılmaktadır. Yük paketinin ve gerçek bir gıda maddesinin soğuma eğrileri ise modelden elde edilen sonuçlar kullanılarak karşılaştırılmaktadır. Oda sıcaklığında soğutma hacmine yerleştirilen yük paketinin 7 saat sonunda sıcaklığı yaklaşık 6°C'ye ulaşırken, aynı sıcaklıkta yerleştirilen gerçek bir gıdanın sıcaklığı, gıdadan soğutma hacmine geçen nem miktarının da matematik modele dahil edilmesi nedeniyle yaklaşık 9°C dolaylarına ulaştığı görülmektedir. Son olarak, soğutma çevrim elemanlarının üç farklı fan kombinasyonu için matematik modelden elde edilen sıcaklık değerleri ile deneylerden elde edilen sıcaklık verileri karşılaştırılmaktadır. Çevrim bileşenleri için yapılan kabuller nedeniyle bazı nokta sıcaklıklarında elde edilen iki veri arasında bir miktar fark görülse de büyük oranda benzer sonuçlara ulaşılmıştır. Her iki veri de incelendiğinde buharlaştırıcı üzerindeki hava hızı arttıkça sistemin çalıştığı sıcaklık aralığının arttığı gözlenmiştir. In this thesis, heat transfer phenomena in a cooling system with vapor compression refrigeration cycle is investigated through experimental and mathematical modeling studies. Experimental studies were carried out in a compact cooling system using R134a as refrigerant. The effect of air velocities on evaporator and condenser on the system performance is experimentally considered. A mathematical model is developed to calculate instantaneous temperature values of system components at three different air velocities on heat exchangers. The generated model is solved by using MathCAD with the evaporation and condensation pressures being taken from the experimental data. The obtained values are compared with the temperature outputs from experiments. On the other hand, the temperature changes depending on time of the air in the cooling volume and a material placed in the volume was obtained from experiments and mathematical models, and these curves of the temperature changes were compared.Vapor compression refrigeration system in which the experimental works are performed has an hermetic compressor, expansion valve, evaporator, evaporator fan, condenser and condenser fan as basic components. A capillary tube is used as an expansion valve for the refrigerator. As the evaporator and condenser, plate-fin heat exchangers with staggered tube arrangement that are frequently used in household refrigeration applications were used. This cooling system is a compact structure located at the bottom of the cooling volume. The cooling volume, which has a constant volume, is wanted to be cooled to 5°C from room temperature and maintained around this temperature. Cooling operation is provided by the cold air taken from the evaporator located under the cooling volume using the evaporator fan. The cold air is delivered to the cooled cabinet by the air blowing duct, and after receiving some heat from the cabinet, it is conveyed back to the evaporator by the air suction duct.In experimental studies, firstly temperature measurements are made for certain points in the refrigeration cycle components, the volume to be cooled and the air ducts by connecting thermoelements. Simultaneously conducted in the same experiment with temperature measurements, measurements of the power are taken by the system to determine the performance of the cooling system. These measurements are repeated for six different combinations by changing the supply voltage of the evaporator and condenser fans. The flow rate of the evaporator fan, a parameter that affects the performance of the cooling system, is measured for fan supply voltage values of 6V, 9V and 12V by using a setup designed for the blowing duct. In addition, a load is placed on the cooling system for a single fan supply voltage combination to examine the temperature change of the load and the cooling volume. In these experiments, a load package with similar thermal properties of a foodstuff (fillet steak) was used as the load. Apart from the temperature change experiments, two different mass loss experiments are carried out in which foodstuff (fillet steak) and water are placed in the system. These experiments are carried out by continuously measuring the mass using a precision balance placed in the cooling volume.In the section where the Mathematical Model is created, the cooling volume is first investigated. It is aimed to obtain the time-dependent cooling curves of the cooling volume and material placed in the volume. For this reason, two differential equations are established in accordance with the energy balance for the control volumes of the cooling volume and the cooled material. In these equations, the temperature of the air entering the cabinet (cooling volume) is considered constant. On the other hand, it is assumed that the air at the exit of the cabinet is the function of the time and equal to the temperature of the air inside the cabinet. The heat gain from the piping system of the refrigeration cycle is neglected. The natural and forced convection expressions were used to determine the heat gain from the cabinet. The inside temperature of the cabin and the temperature of the material are taken as 24.5 °C (room temperature), the initial conditions. The two equations are solved in the MathCAD program with these initial conditions and assumptions to obtain the cooling curves of the air and the material inside the cabinet. Two different solutions have been obtained for the cases in which the material placed in the system was a load package used in experiments and was real foodstuff. In the case of real food material, the heat transfer due to transferred moisture to the air from the food should also be considered. For this reason, the amount of heat transfer due to water evaporation is added to the energy balance equations established for the control volumes.The other mathematical model is created for the whole refrigeration cycle in order to obtain instantaneous tempreratures of the components of the cycle. The model created by making suitable assumptions for all components are solved using the MathCAD program. As the models are constructed in this section, the evaporation and condensation pressures are taken from the experimental datas as inputs.The number of revolutions, power and displacement volume of the compressor are taken from the catalog information in order to determine mass flow rate circulating in the cycle.In the compressor model, it is assumed that the compression process is adiabatic and reversible. The expansion process in the capillary tube is assumed to be adiabatic, and the enthalpies at the inlet and outlet of the component are considered to be equal.In the models of the condenser and the evaporator, similar expressions are used because both heat exchangers are plate-fin heat exchangers with staggered tube arrangement. The correlation used to find the heat transfer coefficient in external flow side for this type of heat exchanger is the same for the both components. On the internal flow side, a correlation that is valid for the cases in which condensation occurs in circular tubes is used in the part of the condenser where condensation occurs, In the phase-change part of the evaporator, a correlation is selected which is valid for the case of evaporation in straight-line pipelines. On the other hand, in the parts of both components where the phase of the refrigerant does not change, the same correlation obtained from the literature was used. In the mathematical model, all dimensions of the heat exchangers were taken as input. After calculating the fin efficiencies of the heat exchangers, the heat transfer quantities in these components were determined using the ε-NTU method. Thus exit enthalpies have been obtained. As the evaporation and condensation pressures are known, the temperatures at the exits of the components were obtained.In the last part of the thesis, the amount of energy consumed by the system, run-time and some performance values obtained from the experimental studies for the different flow rates of the evaporator fan of the cooling system are examined. According to the performance outputs, it can be said that as the air velocity on the evaporator increases, the runtime of the system decreases. In other words, the time the system runs in a certain period of time is decreasing. Therefore the duration of reaching the desired temperature of cooling volume is reduced so that the amount of energy consumed decreases during this period. In a similar way, it is seen that the run-time is also effective in the amount of energy that the systems consume after they have stabilized. Then, the cooling curves obtained from the experiment and the mathematical model are compared for the load package in the cooling volume. On the other hand, cooling curves of the load package and a real foodstuff (fillet steak) are compared using the results obtained from the model. It is observed that the temperature of the load pack placed at room temperature reaches about 6 °C after 7 hours, the temperature of the foodstuff placed at the same temperature reaches about 9°C because of the amount of moisture passing from the food to the cooling volume. Finally, the temperature values of the cycle components.obtained from the experiments are compared with the values obtained from the mathematical model for the three different evaporator fan voltage combinations. Although there are some differences between the data obtained for some points due to the assumptions made for the cycle components, very similar results have been achieved from both studies. It is observed that as the air velocity on the evaporator increases, the temperature range that the system operates also increases. 105

Yalıtım malzemesi olarak kullanılan poliüretan köpükler gözenekli bir yapıya sahiptir. Kullanım koşullarında meydana gelen sıcaklık farkı poliüretan köpüklerde doyma basıncı farkı oluşturur. Bu fark nemin difüzyon ile yüzeyden malzeme içerisine nüfus etmesine neden olmaktadır. Gözenekli köpük yapının içerisine nüfus eden nem, malzemenin ısı iletim katsayısını etkileyerek, yapının ısı yalıtım özelliğini kötüleştirdiği çeşitli sektörlerde yapılan araştırmalarda ortaya konulmuştur.Bu çalışma kapsamında frigorifik araçlarda sandviç panelin çekirdek malzemesi olarak kullanılan poliüretan köpüğe frigorifik araçların kullanım koşullarında nüfus eden nem miktarı ölçülerek ısı iletim katsayısının hesaplanabilmesi için bir model geliştirmiştir ve modelin geçerliliği yapılan ısı iletim katsayısı ölçümleri ile teyit edilmiştir.Çalışma sonucunda poliüretan köpük içerisine difüzyon ile giren nem miktarına bağlı olarak etkin ısı iletim katsayısının hesaplanmasını sağlayan bir matematiksel ilişki ortaya konmuştur. Polyurethane foam used as insulation material has a porous structure. Temperature difference occurring in using condition creates saturation pressure difference over the polyurethane foam. This difference causes moisture penetrating into the materiel from surface by diffusion. The moisture penetrating into the porous foam makes structure thermal insulation worsen by affecting the thermal conductivity of the material have been demonstrated in studies conducted in various industries. In this study, model of polyurethane foam used as the core material of panel in refrigerated vehicles has developed to calculate the thermal conductivity coefficient by measuring the amount of moisture according to usage profile of the refrigerated vehicle and model correlation was confirmed by the thermal conductivity coefficient measurement. As a result of this study, a mathematical model that allows calculation of the effective thermal conductivity coefficient was demonstrated regarding to the amount of moisture penetrating into the polyurethane foam by diffusion. In conclusion, thermal conductivity coefficient was calculated according to the amount of moisture penetrating into the polyurethane foam by diffusion. 73

İçten yanmalı motorlar özellikle ikinci dünya savaşından beri oldukça yaygın bir kullanım alanı bulmaktadırlar. Performans ve verim değerlerinin artırılması için yapılan birçok çalışmanın yanı sıra atmosfere saldıkları zararlı gazlar nedeniyle de birçok çalışmaya konu olmaktadırlar. Bunun nedeni motordan salınan egzoz gazlarının insan sağlığı ve çevreye zararlarının oldukça fazla olması ve her geçen gün küresel ısınma ve çevre kirliliği gibi etmenler dolayısıyla daha fazla fark edilmesidir. İçten yanmalı motorların en yaygın kullanıldığı alan otomobilendüstrisidir. Dünyada bugün yaklaşık 700 milyon otomobil olduğu ve 2030 yılında bu sayının 1,3 milyara çıkacağı da düşünüldüğünde yapılan bu çalışmaların gerekliliği görülmektedir[5]. Otomobillerin çevresel etkilerini azaltmak için kullanılan teknolojilerden birisi egzoz sistemine entegre edilen katalitik konvertörlerdir. Bu çalışmada içten yanmalı motorlardan salınan zararlı gazları dönüştürerek çevre ortama zararsız bir şekilde atılmasını sağlayan katalitik konvertörlerin ısıl davranışları incelenmektedir. Çalışmaya konu olan katalitik konvertör Ford marka bir ticari araçta kullanılmaktadır. Katalitik konvertör içerisinde oluşan kimyasal tepkimeler incelenerek bir boyutlu ve heterojen tepkime kabulü aracılığıyla yeni bir matematiksel model önerilmektedir. Bu model oluşturulurken literatürde daha önce yapılan çalışmalardan yararlanılmaktadır. Çalışmada 2 aşama bulunmaktadır. İlk aşamada katalitik konvertörde üretilen ısı miktarı hesaplanmaktadır. Bunun için literatürde daha önce yapılmış çalışmalar incelenmiştir. Bir boyutlu matematiksel model kurularak bu modelin değişen koşullar için ürettiği ısı miktarlarını ortaya çıkarması hedeflenmiştir. İkinci aşamada ise katalitik konvertör içerisindeki sıcaklık değişimini radyal ve eksenel olarak hesaplayan bir matematiksel model önerilmektedir. Matematiksel model ortaya çıkarılırken Bessel denklemleri kullanılmaktadır ve sonuç olarak bu model verilen her koordinatta istenen sıcaklık değerini hesaplamaktadır. Çalışmanın daha sonraki kısmında daha önce matematiksel model kullanılarak yapılan hesaplamaların Ford laboratuarlarında alınan ölçümler ile karşılaştırılması ve hesaplanan değerlerin ne ölçüde gerçeğe uygun olduğu yorumlanmaktadır. Sonuç olarak bu matematiksel modeller kullanılarak yapılacak yeni tasarımların test yapılmadan önce istenilen sıcaklıklara çıkıp çıkmayacağının kullanışlı bir yoldananlaşılması amaçlanmaktadır. Today the world's one of biggest problem is environmental pollution. There is huge variety of pollutants caused by men-kind inventions such as ships, factories, passcars, commercial vehicles and they became a must for the daily life. In order to eliminate these pollutants from the nature, a lot of research centers and universities are making studies on those fields. Since automobiles are one of the biggest pollutant factor, there are also many researches and studies going on. Especially in big cities, exhaust gases released by automobiles are crucial for human health. There are millions of vehicles in most of the big cities and those exhaust gases are causing brutal health problems including cancer and premature deaths because the gas is stuck in a small area and recirculation of air is most of the time quite limited.The exhaust gases released from the internal combustion vehicles are also causing environmental damage. NOx is harmful for ozone layer reducing the thickness of it. Also CO2 is the roots cause of green gas effect hence the global warming.Wide use of internal combustion engines was started at early 19th century but those harmful effects were realized by the society after 1950. Some organizations and environmental foundations started to complain about the pollution caused by the vehicles. Therefore those actions pushed governments to act against the pollution from automobiles.Starting from 1950's, emission levels of exhaust gases were decreased. Car manufacturers were requested to produce vehicles which produce less pollution. Therefore car manufacturers started to study on emission reducing systems.First studies were done by US manufacturing companies because US government was the first to release the regulations for emission levels. There was different type of technologies studied to reduce the emissions. However the catalytic converter technology was only started to implement after 1970's because until that time, other technologies were sufficient to comply the emission requirements.What catalytic converters do is to converter the pollutant gases into nonpolluting ones. This is happening by reducing the required activation energy of reactive gases and making them react with O2 at lower temperatures. The effect of activation energy reduction comes from the precious metals on the substrate surface inside catalytic converter.After 1970's, with more restricted emissions, catalytic convertors were started to be used at most of the vehicles. Because catalytic convertors have many advantages compared to other emission control systems. They are not requiring additional energy input, not moving physically and quite effective to remove the pollutants. The disadvantages are there is need space to fit the converter to the vehicle and metals inside the catalytic converter are even more expensive than gold.Of course there are other technologies used as integrated with catalytic converters. The on-board diagnostic systems which is checking and monitoring pollution in exhaust gas, exhaust recirculation system and some others are also used in automotive industry. Therefore while studying the exhaust gases, all those systems are being considered. The performances of catalytic converters also depend on those other parameters.One of the most important parameter for catalytic converters is the catalytic reactions. The efficiency of the reaction taking place in the catalytic converter is a matter of temperature. The more efficient reaction occurs, the more pollutant gas is converted to the non-pollutants therefore this is one of the biggest area for the studies.Another parameter for catalytic converter is to take a place under the vehicle as small as possible. This is because of limited space under the car due to other required components such as fuel system, driveline components and body components. Therefore it is also aimed to make them smaller and in convenient shape to fit the vehicle.Also due to chemical reactions in high temperatures inside catalytic converters, they are harmful for the components around. They can heat up the components over their material design temperature and hence make them nonfunctional. This point is also taken into account during the design phase of catalytic converters.In this study, heat production and heat transfer behavior of a commercial catalytic converter is being investigated. The vehicle is one of Ford light commercial vehicle.First a mathematical model is being investigated to define heat production and heat transfer inside the catalytic converter. After that, temperatures at some points are being compared with some test results and the success of mathematical model is being evaluated.In order to find the heat production inside catalyst, some other studies were investigated. There are other studies which developed the heat produced based on temperature, pressure and mass flow of exhaust gas. The studies are showing that there are many ways to solve the heat transfer equations inside catalytic converter such as 1 dimensional, 3dimensional equations and even numerical methods. What we use is a 1d model to have a convenient way for solution.The heat transfer in radial and longitudinal direction is another matter of study. Temperature is changing at both directions and this is most of the time important for efficiency of chemical reactions inside catalytic converter. In order to have the model, a porous media approximation is being used. The substrate inside the catalytic converter is assumed as a porous media and average heat transfer coefficient and velocity is used to define and solve the equation. This way the central temperature of catalytic converter is used as an input to the model and surface temperature is determined. Then this value is compared with the measured value on the vehicle to define how correct the model is.The last study in the thesis's content is the change of temperature depending on the radial and axial dimensions. In order to find this, Bessel equations are being used. This way the mathematical model is computing the temperature at every point of catalytic converter when radial and axial coordinates are entered.To sum up, a detailed behavior of heat production, heat transfer and temperature distribution for a specific catalytic converter is being investigated. This investigation is a step to provide a convenient way to predict some parameters without doing any tests hence saving time and resources. 79

Isı boruları, taşınımla ısı geçişi ve sıvı-buhar hal değişimi ilkelerinden faydalanılarak ısı geçişini sağlayan cihazlardır. Basit yapılı olmaları, içersinde hareketli parça bulundurmamaları ve yüksek ısı geçiş kapasiteleri nedeniyle birçok ısı değiştiricisi sistemlerinde tercih edilmektedir.Bu çalışmada, 20. Yüzyılın sonlarında keşfedilen titreşimli ısı borularının(TIB) alternatif bir modeli incelenmiştir. Titreşimli akışta ısı geçişinden faydalanan bu cihazlar, özellikle minyatür yapıda olabilmeleri, ısıl iletkenliklerinin yüksek olması ve bakım maliyetlerinin düşük olması nedeni ile elektronik cihazlar için tercih edilmektedirler. Titreşimli ısı borularının tasarımı birçok parametreye bağlıdır. Bu cihazların ısıl verimi, soğutucu akışkana, soğutucu akışkanın boru içindeki akışı dolayısıyla boru çapına, ısı borusundaki kıvrım sayısına (total number of meanderin), ısı borusunun yatay veya dikey konumuna, soğutucu akışkanın doldurulma oranına (filling ratio), çalışma koşullarındaki ısıl yüke vb. gibi birçok parametreye bağlıdır. Olayın mekanik ve termodinamik açıdan karmaşıklığı nedeniyle titreşimli ısı borularında ortalama ısı geçişi hesabı için deneysel çalışmalara ihtiyaç duyulmuştur. Bu çalışmada öncelikle farklı çalışma basınçlarında titreşimli ısı borusununda kaynama bölgesinden yoğuşma bölgesine ısı geçişini incelemek için deney tesisatı hazırlanmıştır. Daha sonra ısıtıcı gücü ve çalışma basıncı değiştirilerek, titreşimli ısı borusunun performansı deneysel ve teorik olarak incelenmiş, Deney verileri oluşturulan matematik modelle kıyaslanmıştır. Çalışmada kullanılan deney düzeneği, İTÜ Isı ve Kütle Geçişi Araştırma Laboratuvarında bulunan üç kolonlu titreşimli ısı borusu düzeneğinin geliştirilmesi ile elde edilmiştir. Bu çalışmada döngülü ısı borusu olarak bilinen (loop heat pipe) ısı borusu modeline üçüncü bir kolon eklenmiş ve bu sayede salınımlı akış sağlanmıştır. Çalışmadaki deney düzeneği temel olarak kaynama, yoğuşma ve basınçlandırma kolonu olarak adlandırılan ve birbirlerine pirinç borular ile bağlı, ısıya dayanıklı cam borulardan oluşmaktadır. Deney düzeneğine ısı girişi, kaynama kolonunda bulunan bakır ısıtıcı ünite üzerinden gerçekleşmektedir. Isıtıcı ünitenin içeresinde bulunan rezistans, doğru akım kaynağı ile beslenmektedir. Yoğuşma ise yoğuşma kolon içerisinde dolaşan soğutma suyu sayesinde gerçekleşmektedir. Soğutma suyu sabit sıcaklık banyosu tarafından beslenmektedir. Düzeneği diğer döngülü ısı borularından ayıran üçüncü sıvı kolonuna bağlı basınçlı tank ile sistemin çalışma basıncı ayarlanabilmektedir. Tank basıncı ise bir vakum pompası ile ayarlanmaktadır. Deney düzeneğinde ayrıca kesit ve yüzeylerdeki sıcaklık değerlerinin takibi için 21 adet termoeleman bulunmaktadır. Ayrıca buhar kısmındaki basıncın anlık takibi için de bir adet basınç transmitteri bulunmaktadır. Hava tankındaki basınç kontrolü için de dijital barometre bulunmaktadır.Konvansiyonel ısı borularında faz değişiminin daimi olması gerekir. Bu nedenle de çalışma aralıkları sabittir ve bu aralığın dışına çıkıldığında tamamen sıvı veya gaz fazına geçen akışkan ısı borusunun çalışmasını engellemektedir. Tank basıncının ayarlanabilir olması, bu çalışmadaki ısı borusunun çalışma aralığını genişletmiştir ve yapılan diğer tüm çalışmalardan farklı kılmıştır. Bu çalışmadaki amaç, farklı çalışma basınçları altında titreşimli ısı borularının performansını deneysel ve teorik olarak incelemek ve titreşimli ısı boruları için çalıştıkları ortam basıncına da bağlı olarak Nusselt korelasyonu oluşturmaktır. Bu çalışma kapsamında 18 adet deney yapılmıştır. Deneyler üçü atmosfer basıncının altında, üçü de üstünde olmak üzere altı farklı çalışma basıncında gerçekleştirilmiştir. Altı farklı basınçta yapılan deneylerin üçü atmosfer basıncının altında (vakum), diğer üçü de üstündedir. Her bir basınç için üç farklı ısıtıcı gücünde deneyler yapılmıştır. Bu deneylerde tesisat içindeki kütle sabittir. Ancak basınç altında yapılan deneylerde, ısıtıcı gücünün yetersiz kalmasından dolayı tesisattaki su kütlesinin azaltılması gerekmiştir. Tüm sıcaklık ve basınç değerlerinden alınan veriler Keithley 2700 multimetre ile okunmuş ve bilgisayara kaydedilmiştir. Kolonlardaki anlık yükseklikler için ise video kamerayla kayıt yapılmış, her bir saniye 33 kareye bölünmüş ve bu kayıtlar Tracker adlı görüntü takip programı yardımıyla işlenmiştir. Her bir deney için toplam kütle hesabı, kolonların salınım denklemleri, buhar basıncı salınım denklemleri, ısıtıcı ünite, soğutucu ünite, buhar ve sıvı bölgelerindeki prop sıcaklıkları gösterilmiş ve ortalama ısı geçiş katsayısı hesaplanmıştır. Örnek deney olarak seçilen Deney 1 için hesaplamalar ayrıntılı bir biçimde gösterilmiş, diğer deneylerin sonuçları ise çalışma içerisinde çizelge ve tablolarda sunulmuştur. Çalışmada kullanılan ısı borusunda kaynama ve yoğuşma arasındaki faz farkı nedeniyle bu olayların gerçekleştiği kolonlarda kendiliğinden salınım başlamaktadır. Bu salınımlar ısı borusunda taşınımla ısı geçişini sağlamaktadır. Bu titreşim hareketinin genliği yaklaşık 10 cm mertebelerindedir. Salınım denklemleri kamera kayıtlarından alınan konumlara Hızlı Fourier Dönüşümü(HFD) uygulanması ile elde edilmiştir. HFD analizi neticesinde tüm kolonlarda tek bir frekansta salınım hareketi yapıldığı gözlenmiştir. 18 deney boyunca salınım frekansı 4,78 ve 4,28 (rad/s) arasında değerler almıştır. En büyük frekans maksimum güçte (230 W) görülürken, en düşük frekans en yüksek basınç altında (130 kPa) görülmüştür. Basınç salınım denklemleri ise basınç transmitterinden okunan değerlere HFD uygulanması ile elde edilmiştir. Basınç salınımlarında 2 farklı frekans gözlenmiştir. Birinci frekans, salınım frekansına çok yakın değerlerde çıkarken, ikinci frekans birinci frekansın iki katı değerinde çıkmıştır. Tüm deneyler için, kolonların salınım frekansları, buhar basıncı, ısıtıcı ünite, soğutucu ünite, buhar ve sıvı bölgelerindeki prop sıcaklıkları ile ortalama ısı geçiş katsayısının değişimi incelenmiştir. Tek başına bu paremetrelerin değişimi ortalama ısı geçiş katsayısı hakkında yeterli sonuç vermediği gözlenerek boyut analizi yapılmıştır. 11 adet boyutsuz sayı elde edilmiştir. Bu boyutsuz sayılar kendi aralarında cebirsel işlem yapılarak kaynamada etkili olan Jakob, Weber, Bond, Prandtl ve Eşdeğer Grashof sayıları ile Salınım hareketinde etkili olan Kinetik Reynoldss sayısı elde edilmiştir. Bu 6 boyutsuz sayının Nusselt Sayısı ile olan değişimi incelenmiştir. .Nusselt sayısının bu sayıların bir fonksiyonu olduğu görülmüştür. Özellikle Weber, Eşdeğer Grashof ve Bond sayıları Nusselt sayısı ile oldukça uyumlu bir şekilde değişmişlerdir. 6 boyutsuz sayıyı içeren Nusselt Korelasyonu çok değişkenli regresyon analizi yapılarak elde edilmiştir. Korelasyon ile elde edilen değerler deneysel veriler ile kıyaslanmıştır. Korelasyonun başarılı bir şekilde deneysel verilerle uyumluluk gösterdiği gözlenmiştir.Son olarak tez danışmanının daha önce danışmanlığını yaptığı tez çalışmasındaki matematik model geliştirilmiş, deney şartları için uygulanıp modelin uyumluluğu incelenmiştir. Matematik modelde deneysel verilerde olduğu gibi kolon salınımları, ortak tek bir frekansın olduğu sinüzoidal hareket yaparak gerçekleşmektedir. Matematik modelde basınç salınımları da yine deneysel verilerde gözlendiği gibi iki frekans altında gerçekleşmektedir. Birinci frekans salınım frekansı ile aynı çıkarken ikinci frekans ise birinci frekansın yaklaşık iki katı olarak hesaplanmıştır. Matematik model salınım eksenini hesaplamak da yetersiz kalmıştır. Bu noktada geliştirilmeye ihtiyaç duymaktadır. Heat pipes are devices that working with the principle of heat convection and phase change of the refrigerant fluid. Because of the simplicity of construction, having no moving part and high capacity of heat transfer, these devices are preferred in several heat exchanger systems.Oscillating heat pipes (OHP) are compact and efficient heat pipes that benefit from the oscillating flow. OHPs were invented in late 20th century and they are especially used in electronics. In this study, an alternative model of oscillating heat pipe is investigated. Design fundamentals of oscillating heat pipes are depend on various parameters. Refrigerant fluid, fluid flow in heat pipe (diameter of heat pipe), total number of meandering, orientation of heat pipe, filling ratio of heat pipe and total heat flux to condensation zone etc. effects thermal efficiency. Due to the complex characteristics of heat transfer and dynamic oscillating behavior inside oscillating heat pipes, experimental studies are needed for determining overall heat transfer coefficient of OHPs.In this study, experimental setup was installed first to determine the overall heat transfer coefficient between condensation and evaporation zones. By changing the working pressures and heat flux, thermal and mechanical behavior of OHP is investigated both experimentally and theoretically. A mathematical model was applied cases in this study. The mathematical model was developed before by previous graduate thesis supervised by Dr. Özdemir. Minor changes was made to upgrade the mathematical model. The experimental setup used in this study, is upgraded version of the setup in ITU Faculty of Mechanical Engineering, Research Laboratory of Heat and Mass Transfer.Experimental setup has similarities with closed end loop heat pipes. It has additional third liquid column which lead oscillating flow in this study. Setup has three interconnected columns called evaporator column, condenser column and compression column. Columns are made of heat-resistant glass of 35.2 mm in inner diameter. The glass columns are interconnected by brass tubes of 35.8 mm inner diameter. Heat input provided by DC power. A DC power supply is used to supply the electrical heater inside brass tube in evaporator column. Condensation is provided by the cooler tube, which is made of two concentric copper tube be supplied by constant temperature bath. Cooling water enters the inner tube, and leaves from the outer tube. Experiment installation, the liquid column makes it different from other third loop heat pipe. Compression column which differs the experimental setup from loop heat pipes, connected to a compression tank. Pressure of the compression tank can be adjusted by vacuum pump.Experimental setup also consists 21 thermocouples for measuring temperatures on surfaces and cross sections. Furthermore, there is a piezo resistive pressure transmitter between condensation and evaporation columns in order to measure instantaneous pressure on vapor zone. Also there is a digital barometer to control pressure on compression tank. Phase transitions should be continuous on conventional heat pipes. So that their operating range is not flexible. If it exceeds operating range, all of working fluid turns into steam or fluid which makes heat pipe unable to work. In this study, due to the fact that tank pressure can be adjusted, it widen the operating range and differs this study from all other studies in the literature. Main goal of this thesis is investigating performance of oscillating heat pipe under different working both experimentally and theoretically. Furthermore, building a Nusselt correlation also depends on working pressure of OHP. Because of phase lag between the evaporation and condensation processes, liquid in the columns starts to oscillate. Oscillation causes heat transfer by convection. Amplitude of liquid level oscillation is in the order of 10 cm.In the scope of this study, 18 experiments were made. Experiments were made under six different heat load and tank pressure. Three of tank pressure are below atmospheric pressure and rest of them are above atmospheric pressure. Three different heat load applied each pressure conditions during experiments. Filling ratio of the system was kept constant. However, as lack of DC supply some of liquid discharged in high pressured experiments.All temperature and pressure data was collected by Keithley 2700 multimeter data acquisition system and saved by computer. A video camera record oscillating motions to measure instantaneous level of liquid columns. Videos were shot 33 frame per second. Liquid levels were determined for every frame with the help of a video tracker program. Oscillation curves of liquid columns, pressure curves of vapor zone, overall temperature of heater and cooler units, probe temperatures of liquid and vapor zones and overall heat transfer coefficients are determined for all experiments. Experiment #1 is chosen for sample experiment and all calculations are shown detailed in chapters. Rest of the results are represented in tables and charts. Fitted curves for liquid motion is determined with Fast Fourier Transform (FFT) analysis. The result of the FFT analysis, there is one frequency for oscillation motion. Within 18 experiments, frequencies are varied between 4,78 and 4,28 (rad/s). Largest frequency is obtained from highest heater power load (230 W) and smallest frequency is obtained from highest tank pressure (130 kPa). Fitted curves for pressure oscillations is also obtained by FFT analysis. Unlike the liquid columns, oscillation of the vapor pressure has two frequencies. Primary frequencies are obtained close to liquid oscillation frequency and secondary frequencies are obtained in the order of half value of primary frequencies. Variation of overall heat transfer with frequencies, tank pressure, overall temperature of heater and cooler units, probe temperatures investigated. Due to the fact that, all those parameters couldn't have given enough information for overall heat transfer coefficient, dimensional analysis was applied. 11 dimensionless number obtained. By algebraic manipulations with these numbers, number of dimensionless parameters reduced to 6 which are, Jakob, Weber, Bond, Prandtl, Equivalent Grashof and Kinetic Reynoldss numbers. These 6 number are considered important for the case because first 5 numbers are related with boiling and Kinetic Reynoldss number is related with oscillating motion.Variation of 5 dimensionless parameters with Nusselt number is investigated and it was seemed that Nusselt number can be written as a function of the other dimensionless numbers. By multi-parameterized regression analysis, Nusselt correlation was found. Validation of Nusselt correlation with experimental data is found highly successful.Finally. The mathematical model was applied all cases for this study and results are compared with experimental data. Coherent results were obtained from mathematical model. 123

Otomotiv tarihinin başlangıcından itibaren frenler de var olmuştur. Çünkü elde edilen hareketin istendiği zaman durdurulabilmesi de gerekmektedir. Aracı durdurma işlemi yüzeylerin birbirine sürtünmesi ile yapılmaktadır. Bu işlem bazı uygulamalarda balataların tekerlekle birlikte dönen, dışındaki bir kampanaya temas etmesiyle bazı uygulamalarda ise bir balatanın tekerlekle birlikte dönen bir diske temas ettirilmesiyle yapılmaktadır. Frenleme sırasında aracın kinetik enerjisi sürtünen yüzeyler arasında oluşan ısıya dönüşür. Bu durumda fren sisteminin parçalarının yüksek sıcaklara çıkması ısıl streslere neden olur ve bu da diskli sistemlerde disk üzerinde çatlakların oluşmasına yol açar. Bu tez çalışmasında birtakım kabullerle diskli fren sistemlerinde disklerin ulaşabileceği sıcaklıkların hesaplanabileceği tek boyutlu bir model oluşturulmaya çalışılmıştır. Çalışmada öncelikli olarak tezin amacından ve bu konuda yapılmış çalışmalardan bahsedilmiş, literatürde konuyla ilgili bulunanlar kısaca aktarılmıştır. Halihazırda literatürde olan bilgi birikiminden bahsedildikten sonra kısaca fren sistemlerinden ve diskli fren sisteminin yaygınlaşmasından bahsedilmiştir. Bu aşamada diskli fren sisteminin çalışma şekli de anlatılmış, hidrolik sistemlerde kaçak olma ihtimaline karşı alınan önleme değinilmiş ve sürtünme sonucu açığa çıkan ısının atılması için oluşturulan tasarımlar anlatılmıştır. Frenleme esnasında balata ile diskin birbirine uyguladığı kuvvetler aracın bütünü göz önüne alındığında iç kuvvet olarak kalmaktadır. Bu nedenle fren balatasının diske uyguladığı basınç sonucu ortaya çıkan sürtünme kuvveti ile aracın ivmesi arasında doğrudan bir bağlantı kurulamaz. Bu nedenle balatanın diske uyguladığı basınç ile aracın ivmesi arasında bir bağıntı kurulması için otomobilde frenleme dinamiği üzerine bir model kurulmuştur. Bu model kullanılarak diske uygulanan basınç ile ivme arasında bir ilişki kurulmuştur. Fren diskinin ısıl analizi için yine birtakım kabuller altında bir model oluşturulmuş ve bu modeli oluşturan denklemler çözülerek fren sıcaklığı zamana bağlı olarak bulunmuştur. Bu modelde ısı geçişi tek boyutta modellenmiş, iletim ihmal edilmiş ve diske uygulanan basınç düzgün dağılımlı, balata ile disk arasındaki sürtünme katsayısı sabit kabul edilmiştir. Son olarak elde edilen bulgular literatürdekilerle karşılaştırılmış ve modelin doğrulaması yapılmıştır. Doğrulamanın ardından izlenen yaklaşım gerçek hayattaki şartlar için kullanılmış ve disk sıcaklıklarının yüksek sıcaklıklara çıkabileceği, bu nedenle farklı tasarımlar yapılmasının gerekliliği gösterilmiştir. The brakes have been existed since the beginning of the automotive history as it is required to stop the motion of the vehicle whenever it is needed. The braking operation, in other words stopping the vehicle is done by friction created by pushing a material against the other. This operation is done by pushing the shoes against a drum which rotates with wheels and cover the shoes in some applications and by pushing the pads against a disk rotates with the wheel in most of the other applications. During a braking the kinetic energy of the vehicle is converted to heat created by the friction of the pad and disc surfaces. Therefore the temperatures of the discs and pads reach very high levels and this leads to thermal stresses. Thermal stresses may cause cracks on the disc surfaces. In this thesis it was aimed to derivate a one dimensional model with some assumptations to calculate the maximum temperatures the discs can reach in disc brake systems. In the early chapters the aim of the thesis has been explained briefly and the studies about the subject has been summarised. After the summary of the literature about the subject the variety of the brake systems used in the vehicles have been illustrated and it has been explained how the disc brake systems became widespread. Then the working principles of disc brakes have been explained, the precaution actions against the possibility of a leakage in hydraulic systems have been mentioned and the different design methods to be able to dissipate the heat generated from the disc and the pad to the air has been illustrated. The advantages and the disadvantages of drilled discs and slotted discs against each other has been explained. The materials used for pads and discs have been stated. The forces exerted by the pad to the disc and exerted by the disc to the pad are internal forces when the whole vehicle is considered as the free body. Therefore a direct relation between the pressure exerted by the pad to the disc and the decelaration of the vehicle cannot be created. It can be seen that the external forces those lead to stop the vehicle are the frictional forces acting on the contact point of the wheels to the ground. Hence, to be able to relate the decelaration of the vehicle to the pressure applied by the pads a model has been established on the braking dynamics on a vehicle. In the model the vehicle body without the wheels, the front wheels and the rear wheels have been chosen as three separate free body diagrams. In total nine independent equations have been obtained and solved. The model also has provided the conditions to keep the wheels rotating without slipping during a braking process.After the numeric value ranges in the real life for the dynamic parameters have been introduced a thermal model has been established. The thermal analysis part of the thesis has some assumptations as the dynamic model. First of all the heat transfer via conduction has been ignored and the problem has been modelled as a one dimensional model. The temperatures in the linear and radial directions have been considered as identical. Secondly the coefficient of friction between the pad and the disc has been considered as constant although it can vary regarding the speed and the temperature. Another assumption has been that the pressure applied by the pad to the disc is uniform. Another assumption can be considered the choice of the heat convection coefficient. It has been assumed that the heat convection coefficient is constant during the process. As many articles in the literature use the same approach it has been considered the use of an avarage heat convection coefficient would be more suitable to be able to compare the results with the data of the other articles. Also the effects of the vents have been represented in the heat convection coefficient. The one dimensional conservation of energy equations has been formed specific for the problem. The approach while solving the equation has been the control mass method. A differential area has been defined and the equations for the time interval while the differential area is under the pad and for the time iterval while the differential area is not under the pad have been solved seperataly. As the time increases the valid equation may change a software has been required so that the initial conditions for different time intervals can be assigned. The solution algorithm includes two different steps running repeadetly one after the other. Firstly the general solution for the time interval which the differential area is under the pad is solved by using the initial condition. The temperature at the time which the differential area is at the end of the pad becomes the initial condition of the second equation, the equation valid for the time interval which the differential area is not under the pad. The temperature value of the equation at the end of this time interval becomes the inital condition for the first equation again as the differential area gets under the pad again. By calculating the temperature values against different time values a chart can be drawn which shows the temperature against time. The software has been used to calculate the temperatures for different applications which were defined in one of the articles. After the calculation the charts have been drawn and the charts have been compared with the ones in the article. As the real life applications include the effect of the design and the influence of the vents and the method used in the thesis represents these effects in the heat convection coefficient the results have been shown with also suitable overall heat convection coefficients which fit the real life conditions. As the final result of the comparisons it has been seen that the analytically calculated temperatures are between the maximum and the minimum temperatures of the numerically calculated results. After the analytical method was validated with the data obtained from the articles the method has been used to see the situation in the real life cases. The investigation shows that for the worse applications the design must be changed as it will provide more heat convection.In the appendix section the MATLAB code used to calculate the temperatures is given. The code includes the calculation algorithm and the parts which avoid the calculation for the complex time values. 79

Endüstrideki ısıtma ve soğutma uygulamalarının kullanıldığı birçok mühendislik sistemi doğal taşınım ile ısı geçişinden yararlanmaktadır. Doğal taşınım ile ısıtılan ve soğutulan sistemlerde, yeterli ısı geçişinin sağlanabilmesi için genellikle genişletilmiş yüzeyler kullanılmaktadır. Teknolojinin özellikle elektrikli cihazların gelişmesi ile birlikte, daha fazla ısıyı daha küçük alandan atma ihtiyacı, kullanılan kanatlı yapıların daha etkin tasarlanmasını gerektirmektedir.Doğal taşınımla ısı geçişinin olduğu yüzeylerde, yoğunluk farkı sebebiyle hareket eden akışkan, yüzey ile arasında ısıl sınır tabaka oluşturmaktadır. Yükseklik boyunca ısıl sınır tabakanın gelişmesi, ısı taşınım katsayısının azalmasına ve kanatlardan geçen ısı miktarının düşmesine sebep olmaktadır. Endüstriyel uygulamalarda ısıl sınır tabakanın dağıtılarak ısı taşınım katsayısının arttırılması yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Kanatlar üzerine açılan kapakçıklar veya panjurlar bu prensibin kullanıldığı uygulamalardan bazılarıdır.Bu tez çalışmasında, düşey konumdaki U kesitli kanatlar kullanılarak doğal taşınım deneyleri yapılmaktadır. Yapılan çalışmada, düşey olarak konumlandırılmış 2 adet U kesitli kanat modülü aralarında mesafe bırakılarak ısıtılmaktadır. Kanat modülleri arasında mesafe bırakılması, doğal taşınım ile meydana gelen ısıl sınır tabakanın iki kanat arasında bozulmasına ve üst kanatta tekrar gelişmeye başlamasına neden olmaktadır ve ortalama ısı taşınım katsayısını arttırmaktadır. Özellikle yüksekliği fazla olan kanatlarda yapılan böyle bir iyileştirme ile kanatlarda geçen toplam ısı azalmadan, malzeme ve ağırlıktan kazanç sağlanabilmektedir.Deneylerde paralel güç kaynağı kullanılarak elektrikli ısıtıcılar ile alt ve üst kanat modüllerine aynı miktarda ısı verilmektedir. Kanat modüllerinin alüminyum malzemeden üretilmiş olması, modüller içerisinde sıcaklıkların birbirine yakın değerler almasına yol açmaktadır. Bu yüzden modül içerisindeki sıcaklık değerleri de sabit kabul edilmektedir. Ancak modüllerin ayrık olması, modüller arasındaki sıcaklıkların da farklı olmasına yol açmaktadır. Üst modül, alt modüle göre çok daha yüksek sıcaklıklara sahip olmaktadır. Bu çalışmadaki sıcaklık dağılımları incelendiğinde, elektrikli cihazlar gibi sabit ısı akısı olan yüzeylerin, alüminyum ve benzeri ısı iletim katsayısı yüksek olan kanatlı yapılarla soğutulduğu uygulamalara uygun bir deney modeli olmaktadır. Bu tez kapsamında, arka yüzeylerinden eşit miktarlarda ısı verilen ayrık kanat modülleri kullanılarak doğal taşınım deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerde üst ve alt kanat modüllerinin aralıkları 0 ile 25 mm arasında değiştirilmiştir. Ayrıca modül arkasından verilen ısı akıları değiştirilerek, kanat modüllerinden sıcaklıklar ve toplam ısı geçişi miktarları ölçülmüştür.Yapılan deneylerde Rayleigh sayıları U kesitli kanalar için ısı akılarına göre hesaplanmaktadır ve 5 ile 50 arasında değerler almaktadır. Bu Rayleigh aralığında akış laminer olarak kabul edilmektedir. Farklı kanat modülleri arasındaki mesafe için ısı taşınım katsayıları ve Nusselt boyutsuz sayıları karşılaştırılmaktadır ve böylece kanat modülleri arasındaki mesafenin etkileri görülmektedir. Ayrıca kanat modülleri arasındaki mesafe bir parametre olarak boyutsuzlaştırılarak, yeni bir Nusselt korelasyonu geliştirilmektedir. Böylece geliştirilmiş olan Nusselt korelasyonu ile farklı kanat modülleri arasındaki mesafeler için de Nusselt sayısı ve ısı taşınım katsayısı öngörülebilmektedir. Heating and cooling via natural convection are utilized in many types of industrial applications because of some advantages. The applications under natural convection are relatively trouble-free, noise-free and cost efficient compared to applications under forced convection. Extended surfaces are being used extensively on many types of applications under natural convection to provide additional free convection surface and supply adequate heat transfer. As a result of developments in technology and decreasing sizes of electrical devices, fin surfaces are required to design efficiently. Many works regarding to fin efficiency are being carried on by researchers and engineers.U shapes channels have a lot of benefits, compared to other shapes in terms of heat transfer via natural convection. The heat convection coefficients of U shaped channels are lower than those of flat plates due to side restrictions, whereas, they have wider convection surfaces. Compared to enclosed ducts and parallel plates, U shaped channels have higher heat convection coefficients because of the horizontal inflow to the duct. During natural convection, temperature difference in fluid leads to occurrence of upward or downward flow and thermal boundary layer is developed on the surfaces. Thermal boundary layer is growing along the height, and as result, the heat transfer coefficient and total amount of heat dissipation decreases. One of the methods for increasing average heat convection is distortion of the boundary layer. There are many applications such as louvers which use this method.in the industry. This study was conducted in two stages. The aim of the first stage is to verify experimental apparatus and measurement system. Second stage's aim is to investigate the effects of module gap on heat transfer via natural convection. In the test apparatus, the fixture was made of wood in order to keep experiment parts at a constant position. The parts, including fin modules, heaters and insulations, were assembled on this fixture. Aluminum fin modules used in the experiments were produced by extrusion method. Their width is 84.4mm and there are nine U shaped channels. Channels' perimeter and mean fin space are measured and found as 80.8mm and 7.02mm. The fin modules were positioned vertically. Thus, the heat transfer experiments are conducted on vertical channels. During the experiments, parallel power supply provided the desired voltage difference between two junctions of resistance and heat was generated accordingly. The heaters were made by positioning the resistance wires between two mica plates. The vertical fin modules were attached facing the front surface of the heaters. Thick insulation plates were put to the back side of the heaters in order to decrease loss of heat. Therefore, most of the generated heat was transferred through to fin modules to ambient air.Measurement system used in this study collected temperature, heat flux, voltage and current values. Firstly, voltage and current values were acquired at the end junctions of resistance at the end of each tests. Generated heat can be calculated by using these values. Secondly, the heat flux values were measure at the back side of heaters, consequently, loss of heat and heat transferred to air through fin modules are found. Temperatures were measured on the fin modules by inserting the thermocouples on fin and channel bases. Some thermocouples were placed on fin surfaces in three difference section. In additional, two small thermocouple wires were embedded inside small copper blocks and they were used for measuring ambient temperature. They were left hanging underneath the fin modules. At the first stage of the study, only one fin module with U shaped channels, which has a height of 200mm, were used in the experiments. 14 tests were conducted for different heat fluxes at this stage. Firstly, total heat dissipation from fin module were calculated for each test. Total heat transfer is the sum of natural convection and radiation. Temperature distributions along the height of module and fin length are presented in the thesis. They show that temperature values on fin module are close to each other and no temperature gradient can be observed significantly due to high thermal conductivity of aluminum. For these reasons, the fin module base temperature values are assumed to be constant and calculated by averaging. The fin surface temperature is slightly lower than base temperature, it has been taken into account for radiation calculation. The heat transfer via natural convection were calculated by subtracting the radiation heat transfer from total heat transfer. Then, Rayleigh and Nusselt dimensionless numbers are calculated and Rayleigh numbers in the experiments are between 6.5 and 50. It means that the flow is laminar. Finally, the results were compared to the correlations in the literature which have been used in U-shaped and laminar natural convection. Consequently, it is revealed that the experimental results are in a good agreement with the correlations; measurement system and calculation methods are verified.At the second stage of the study, two identical aluminum fin modules were situated one above the other. They were separate and there was no connection between them. Fin positions could also be arranged so that the gap between the modules could be changed. In the experiments, the module system was tested for 5 different gap values, 0.0 mm, 7.5mm, 13.9mm, 19mm and 25mm. The aim of this stage is to investigate the effects of module gap on heat convection and to make a Nusselt correlation including the gap as variable.In the two-module experiments, the modules were heated equally. Temperature distributions on fin modules were prepared and analyzed. For each fin module, the temperature distribution was uniform as it was for the one-module experiments. However, lower and upper modules had very different temperatures. The temperatures of upper module are higher than the lower module. Because the temperature of the air entry the fin zone of the upper module is higher than ambient temperature, for calculation the Rayleigh numbers the heat flux was used instead. Rayleigh and Nusselt numbers are calculated for whole fin module system based on experimental results. Then Nusselt correlations are drawn and compared for different module gaps. It can be shown that the Nusselt number values are increasing with the gap size. In conclusion, a new Nusselt number correlation has been derived including Rayleigh number and the gap number which is rendered dimensionless. Nusselt number correlation below can be used for this geometry and Rayleigh numbers between 6 and 20 which are calculated by using heat flux.Nu_s=0.2359∙Ra^[0.3168∙(1-s/H)^(-0.9833)]In this study the effect of module gap on heat transfer rate were examined for one fin geometry only. The results have shown that increasing the gap between fin modules helps to increase convection heat transfer rate. Many studies in literature have investigated the effect of vary fin geometric parameters on heat transfer rate. However, there is no study in the literature which examines the optimum fin geometric parameters for separate fin modules and different gap distance. As the results of this study, it can be recommended to consider the module gap as a parameter for optimization studies. 81

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

06.03.2018 tarihli ve 30352 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan “Yükseköğretim Kanunu İle Bazı Kanun Ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun” ile 18.06.2018 tarihli “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” gereğince tam metin erişime açılmıştır. Günümüzde şekerleme endüstrisinde, akide şekeri, helva ve birçok yöresel ve modern şekerleme üretiminde şekerden üretilen gıdalara şekil verilebilmesi ve katkı maddeleri (renk, aroma vs.) ilave edilebilmesi için şekere su ilave edilerek şeker su çözeltileri oluşturulmaktadır. Bu çözeltiler karıştırıcılı tanklarda kaynatılarak su uzaklaştırılır ve helva türündeki bu tatlıların üretiminde esas bileşen olarak kullanılan yoğun kıvamlı sulu şeker çözeltileri başka bir deyişle şeker ağdası elde edilir. Helva ve helva türündeki bu tatlılar, Yunanistan, Türkiye ve Arap ülkeleri gibi birçok orta doğu ülkesinde oldukça yaygın olarak tüketilmektedirler. Karıştırma sayesinde ısı geçişinin iyileştiği iyi bilinmektedir. Bu yüzden ısı geçişini iyileştirmek için endüstriyel üretimde karıştırıcılı kaplara oldukça fazla rastlanılmaktadır. Buna rağmen bu özel konu ile ilgili çok az araştırma bulunmaktadır. Mevcut araştırmalar ise genellikle saf maddelerin ısıtılması veya soğutulması sırasında karıştırmanın ısı geçişine olan etkisi incelenmektedir. Yapılan literatür araştırması, öngörülen çalışmanın henüz yapılmadığını göstermektedir. Bu çalışmada, kaynatma yapılan karıştırıcılı tanklarda havuz kaynaması esnasındaki ısı geçiş mekanizması deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde gıda endüstrisinde oldukça yaygın olarak kullanıldığından ve sabit basınçta farklı sıcaklıklarda doymuş haller elde etmek mümkün olduğundan sulu şeker çözeltileri kullanılmıştır. Taban yüzeyinden ısıtılan karıştırıcılı tanklarda, farklı derişikliklere sahip sulu şeker çözeltileri için karıştırıcı kanadın dönme hızı, kanat boyutu ve kanat ile taban arasındaki mesafe gibi parametrelerin ısı geçişine olan etkileri araştırılmıştır. Isı geçişinin derişiklik ve devir sayısına büyük oranda bağlı olduğu görülmüştür. Reynolds sayısının maksimum 1100 olduğu laminer akış durumunda ısı akısını hesaplayabilmek için Peclet sayısına bağlı iki farklı tipte Nusselt fonksiyonu önerilmiştir. Deneysel verilerden elde edilen Nusselt sayıları ile önerilen fonksiyonlardan hesaplanan Nusselt sayılarının birbirlerine yakın çıktığı görülmüştür. Contemporarily, in the confectionary industry, whether in hard akide candy, halwa candy, or other regional and modern confectionary production, in order to shape foods produced with sugar and to add ingredients such as color, aroma, etc. to the food, water is added to the sugar, thus forming an aqueous sugar solution. Water is removed from the solution by boiling it in agitator tanks. Thus, the main component in the production of these types of sweets, a high viscosity aqueous sugar solution or in other words, sugar syrup is obtained. Halwa candy and candies of this type are very widely consumed in many Middle Eastern countries such as Greece, Turkey, as well as many Arab countries. It is well known that heat transfer is improved by means of agitating. Therefore, agitated vessels are often encountered in industrial production to improve heat transfer. Although this is known, there is very little research on this particular topic. Moreover, in current research, the effects of agitating on heat transfer while heating and cooling of pure substances are examined. The literature research shows that the discussed study has not been conducted yet. In this study, the heat transfer mechanism in boiling tanks equipped with agitators has been studied experimentally during pool boiling. Aqueous sugar solutions have been used throughout the experiments because they are quite commonly used in the food industry and because it is possible to obtain saturated liquid-vapor with constant pressure at different temperatures. On bottom surface heated agitator tanks, the effects of parameters such as the agitator blade's rotational speed, blade size, and the gap between the bottom edge of blade and the base of the tank on heat transfer have been investigated for aqueous sugar solutions of different concentrations. Heat transfer was found to be largely dependent on concentration of sugar and cycle speed of agitator. Two different types of Nusselt functions depending on the Peclet number have been proposed in order to calculate the heat flux in the case of laminer flow for which the maximum Reynolds number is 1100. The Nusselt numbers obtained through experimental data were close to the Nusselt numbers calculated from the proposed functions.

Bu çalışmada, dinamik analiz hesaplama yöntemi mantığı kullanılarak iki farklı matematiksel model oluşturulmuş olup MMO'ya ait ?Kalorifer Tesisatı? kitabında yer alan örnek bina bu hesaplama yöntemlerinin sonuçların ortaya konduğu bina olarak seçilmiştir. Dinamik analiz hesaplama yöntemi kullanılarak oluşturulan ilk yöntem, toplam kütle yaklaşımı yöntemi olup bu yöntemde bina içi ve bina dış kabuğu farklı kontrol hacimler olarak ele alınmıştır. Kontrol hacimlerin sıcaklıklarının değerleri, birbirlerine bağlı diferansiyel denklem sistemi kurularak anlık olarak hesaplanmıştır. Diğer yöntem ise bina dış kabuğu sıcaklığının parabolik ısı denkleminin çözümü ile eldesinden yola çıkmakta olup bulunan anlık bina dış kabuğu değeri denklem sistemi içerisine konarak bina içi sıcaklığı hesaplanmaktadır. İki farklı yöntemle binanın ısıtma sezonu için detaylı ısıtma analizi yapılmış, bunun sonucunda ısıtma sezonunun her ayı için ısıtma yükü ihtiyacı hesaplanmış ve hesaplamalardan elde edilen sonuçlar TS 825'te yer alan hesaplama yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Oluşturulan matematiksel modeller ve değişken iklim verileri kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda örnek bina için yıllık ısıtma yükü ihtiyacının, birinci yöntem için TS 825 standartına göre %36, ikinci yöntem için ise %50 civarında daha az olduğu öngörülmüştür. In this study, two different mathematical models are formed using dialectic of dynamic analysis calculation method anf results of these methods are calculated on reference building which takes place in the book of ?Heating Systems? which belongs to MMO. The first method using dynamic analysis method is the approach of lumped methods and inlet building and building envelope are thought as two different control volumes. Temperature ranges of control volumes are calculated instantly depending on together, starting from initial conditions. The second mathematical model, achieves the temperature range of building envelope using the solution of parabolic heat equation. The temperature range of inlet building is calculated placing the temperature range of building envelope into the differential equation system. Detailed heating load calculations of the building have been done with two different methods for the heating season, heating loads have been calculated for every month in the heating season and the obtained results have been compared with the calculation method in TS825. Heating load of the reference building has been foreseen %36 less than TS 825 standard for the first method and %50 for the second method using the formed mathemetical models and variable climate data. 109

Gözenekli ortamda ısı ve kütle geçişi konusu ısıl enerjinin depolanması, ısı değiştiricileri, ısı boruları, ısı yalıtımı, elektronik parçaların soğutulması, kimyasal reaktörler, nükleer yakıt elemanları, uzay araştırmaları gibi alanlarda önemli bir araştırma konusudur. Diğer taraftan titreşimli akış ise ısı geçişini önemli ölçüde arttırması sebebiyle son birkaç yılda üzerinde en çok çalışılan konulardan biridir.Bu çalışma ile gözenekli ortam içinde titreşimli akışkan akışı altında ısı geçişi deneysel olarak incelemiştir. Çok düşük akışkan hızlarında dahi gözenekli ortamın varlığı akışı karıştırma etkisi yapmaktadır. Geometrik yapı sebebiyle karışan akışkan arayüzden ısı geçişini arttırmaktadır. Gözenekli ortamın gözenekliliği, geçirgenlik katsayısı ve Nusselt sayıları ortam içindeki basınç kaybı ve ısı geçişinin hesaplanmasında gerekli olup deneysel olarak tespit edilmektedirler.Titreşimli akışta katı sınırlardaki kaymama şartı akışkanın sınır bölgesi ile ana kütlesi arasında salınım genliklerinin farklı olmasına sebep olmaktadır. Bu durum titreşim genliği ve frekansına bağlı olarak soğuk akışkan tabakası ile sıcak olanın temasına sebep olmaktadır. Böylece ısı geçinin artması söz konusu olmaktadır.Gözenekli ortamın geçirgenlik ve dispersiyon katsayıları ile ilgili deneysel veriler literatürde mevcut olmakla birlikte bu verilerin titreşimli akış durumu için kullanılması sözkonusu değildir. Boş kanallardaki titreşimli akış için deneysel olarak belirlenen sürtünme faktörü ve ısı taşınım katsayısı, düz (titreşimli olmayan) akıştakinden çok farklıdır. Bu sebeple, bu çalışma ile gözenekli ortamda titreşimli akış durumu için geçirgenlik, sürtünme ve Nusselt sayıları deneysel olarak tespit edilmiştir. ?Heat and Mass Transfer in Porous Media? is a very important research topic in the fields of heat storage, heat exchangers, heat pipes, heat insulation, cooling of electronic components, chemical reactors, nuclear fuels, space researches etc. Heat transfer in oscillating flow, on the other hand, has also been one of the most studied topics for the recent years due to the fact that it enhances heat transfer considerably.In this work, heat transfer in porous media under oscillating flow has been studied experimentally. Porous medium has an effect of mixing the flow even at very low fluid velocities. By the help of the geometry of the structure, mixed fluid increases the heat transfer from the interfaces. Porosity, permeability and the dispersion coefficient of the porous medium are necessary for the calculation of pressure loss and heat transfer within the medium and they have to be determined experimentally.The non-slip condition at the solid boundaries causes the oscillation frequencies in the boundary layers and the bulk mass to be different from each other. This phenomenon causes the cold and hot fluids to be in contact depending on the amplitude and the frequency of the oscillation. Thus, there occurs an increase in heat transfer.Although, empirical data regarding the permeability and dispersion coefficients of the porous media are available in the literature, these data cannot be used for the case of oscillating flow. Friction factors and the heat transfer coefficients determined for the oscillating flows in empty channels are quite different from those of non-oscillating flows. For this reason, permeability, friction and dispersion coefficients have been experimentally determined in this study. 190

Bulamaç (Slurry) faz kabarcık kolonlar çok fazlı reaktörler olarak kimya endüstrisinde oldukça fazla kullanılmaktadırlar. Oksidasyon ve hidrojenasyon reaksiyonları, Fischer ? Tropsch (FT) sentezi ve metanol sentezi bu tarz reaktörlerin kullanıldığı uygulamalardan bir kaçıdır. Bulamaç faz kabarcık kolonların diğer çok fazlı reaktörlere üstünlükleri olarak: basit konstrüksiyonu, çok etkin kütle ve ısı transferleri, kolonda hareketli parça olmayışı ve düşük işletme maliyetleri sayılabilir.Bulamaç faz kabarcık kolonların tasarımında ortalama gaz kesri, rejim geçiş hızları, sıvı hızı, kabarcık boyutları gibi hidrodinamik karakteristiklerin çok güvenilir bir şekilde tahmin edilmesi gerekmektedir. Bu karakteristikler sıvı, katı ve gaz faza ait özelikler, işletme koşulları (basınç ve sıcaklık) ve reaktör tasarım parametreleri (kolon çapı ve gaz dağıtıcı) gibi değişkenlerden etkilenmektedir.Bu yüksek lisans tezi kapsamında, gaz dağıtıcı plaka tipi ve geometrisinin hidrodinamik karakteristiklerden gaz kesri ve rejim geçiş hızları üzerindeki etkisi incelenmiştir. Deneysel çalışmalar 33 cm iç çap değerine sahip pleksi malzemeden yapılmış silindirik bir kabarcık kolonda, akışkan çifti olarak hava/su ikilisi kullanılarak atmosferik şartlarda gerçekleştirilmiştir.Kolon üzerine belirli aralıklarla yerleştirilen basınç ölçerler yardımıyla basınç farkı verisi elde edilmiş ve bu veriler kullanılarak gaz kesri eğrisi elde edilmiştir. Sürüklenme akısı yöntemi kullanılarak rejim geçiş hızları tespit edilmiştir.İki farklı tipte, dört adet gaz dağıtıcı için rejim geçişinin gerçekleştiği noktalar belirlenmiştir. Delikli plaka tipi gaz dağıtıcılarda artan delik çapı için gaz kesri değerlerinin azaldığı ve rejim geçişlerinin daha düşük ortalama gaz hızlarında gerçekleştiği görülmüştür. Gaz dağıtıcı olarak delikli plaka yerine örümcek tipi dağıtıcı kullanılması halinde gaz kesri eğrileri arasında homojen akış rejiminde pek bir fark görülmezken heterojen (çalkantılı-türbülanslı) rejimde ciddi farklılıklar gözlemlenmiştir. Delikli plaka tipi gaz dağıtıcı kullanılması durumunda gaz kesri değerleri % 30'lara kadar daha yüksek olmaktadır.Test sistemi için yapılan boyut analizi sonucu deneylerde etkili olan boyutsuz sayılar belirlenmiş ve regresyon analizi yapılarak gaz kesrini boyutsuz sayılarla ifade eden bir korelasyon elde edilmiştir. Slurry bubble columns (SBC) are widely used in the chemical industry as a multiphase reactor. Some applications include oxidation and hydrogenation reactions, Fischer-Tropsch (FT) synthesis, and methanol synthesis. The advantages of a SBC over other multiphase reactors are simple construction, good mass and heat transfer, absence of moving parts, and low operation costs.The design of a SBC reactor requires a reliable prediction of the hydrodynamic characteristics such as: the overall gas hold-up, the regime transition velocity, the liquid velocity, the gas bubble diameters. These are influenced by the physical properties of the gas, the liquid, and the solid phases, the operating parameters (pressure and temperature), and the reactor design parameters (column diameter and gas distributor).In this MSc thesis, the influence of gas distributor type and geometry on overall gas holdup and regime transition velocities are examined. Experiments were performed in a cylindrical plexiglass bubble column (BC) with an inner diameter of 33 cm under atmospheric conditions using air/water as the fluid pair.The gas holdup was measured using pressure transmitters which are placed at the specified intervals on the bubble column. Drift flux method was used to identify the regime transition velocities.Regime transition points were determined for two different type and for four pieces of gas distributors. The gas holdup and regime transition velocities decrease with increasing the hole diameter of perforated plate type gas distributor. When a spider type gas distributor is used instead of using a perforated plate type gas distributor, there is no difference between the gas holdup curves for homogeneous flow regime while significant differences observed in the heterogeneous flow regime. Up to 30% higher gas holdup values are obtained when the spider type gas distributor is used instead of using perforated plate type gas distributor.Dimensional analysis was carried out to determine the effective dimensionless numbers. A correlation for gas holdup is obtained by using a regression analysis. 92

Günümüzde küresel ısınmanın etkileri ve doğal kaynakların kısıtlı hale gelmesi ile birlikte endüstriyel uygulamalar ve akademik araştırmaların çoğunda olduğu gibi bulaşık makinalarına yönelik yapılan çalışmalar da enerjinin verimli kullanımına yoğunlaşmıştır. Yıkama performansını olumsuz yönde etkilemeden enerji ve su tüketimini azaltmaya odaklanan bu çalışmaların bir sonucu olarak, yıkama ve kurutma performansı ile enerji tüketiminin standart bir yöntem ile değerlendirilmesi gereksinimi oluşmuştur. Bu amaç doğrultusunda geliştirilen EN 50242 ?Evsel Kullanım için Elektrikli Bulaşık Makinaları ? Performans Ölçüm Metotları? (Electric dishwashers for household use ? Methods for measuring the performance) standardı bütün üretici firmalar tarafından kullanılmaktadır.Bulaşık makinalarında enerji tüketimi ve yıkama performansının incelendiği bu tez çalışmasında ise; yıkama adımlarının enerji tüketimi üzerindeki etkisinin belirlenmesi ve temizleme performansı endeksi ile ilişkilendirilmesi amaçlanmıştır.Bulaşık yıkama prosesi, kullanım sonunda mutfak araçları üzerinde kalan kirlerin uzaklaştırılması amacıyla gerçekleştirilmekte olup, sıcaklığın, mekanik hareketin ve sulu deterjan çözeltisinin bir arada kullanımını temel almaktadır. Bu proseste yer alan etki ve mekanizmaların çok çeşitli olması nedeniyle genel bir yıkama modellemesi yapılamamaktadır. Buna rağmen, elde yıkama ve otomatik yıkamanın tüketim değerleri ve yıkama etkenliklerinin karşılaştırılmasına yönelik pek çok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar aynı zamanda elde ve makinada yıkamanın çevresel etkilerinin karşılaştırılabilmesi nedeniyle önem taşımaktadır. Ancak bu çalışmalarda elde yıkamanın tüketim değerleri ve yıkama etkinliği arasında doğrudan bir ilişki kurulamamış ve buna bağlı olarak elde yıkamaya ait bir modelleme yapılamamıştır. Bu tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen elde yıkama testlerinde de benzer sonuçlar elde edilmiş, enerji ? su tüketimi, deterjan kullanımı ve yıkama sürelerinden tamamen bağımsız olarak farklı yıkama performanslarına ulaşılmıştır.Otomatik bulaşık makinalarında ise; kapalı bir sistem içinde yüksek sıcaklık, mekanik etki ve deterjanın bir arada kullanımı ile bulaşık yükü üzerindeki kir, bol su ile uzaklaştırılmakta, durulama ve kurutma ile de kullanıma hazır hale getirilmektedir. Yıkama ile durulama adımlarında şebekeden gelen soğuk su makinaya alınmakta ve yıkama adımına bağlı olarak belli bir sıcaklığa kadar ısıtılmaktadır. Bulaşık makinalarına yönelik yapılan çalışmalar genellikle yıkama sıcaklığı, ısıtma süresi, su tüketimi değerlerinin yıkamayı olumsuz yönde etkilemeyecek şekilde optimize edilmesini konu almaktadır.Tez çalışması kapsamında ise, bulaşık makinasının yıkama adımlarının enerji tüketimi üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlanmış ve bu amaçla makinanın farklı bölgelerine yerleştirilen 18 adet termoeleman ile sıcaklık ölçümleri yapılmıştır. Soğuk yıkama, ısıtma ve sıcak yıkama adımları için yapılan sıcaklık ölçümleri ve geliştirilen enerji dengesi denklemlerinden faydalanılarak bulaşık üzerindeki kirin uzaklaştırılması için makina tarafından kullanılan net enerji ifadesi geliştirilmiştir.Tez çalışmasının bir diğer aşaması olan yıkama endeksinin modellenmesi çalışmasında ise; ısıl analizleri yapılan yıkama adımlarının süreleri ve yıkama suyunun maksimum sıcaklığı faktör olarak kabul edilmiş ve tam faktöriyel deney tasarımı metotları kullanılarak bir model oluşturulmaya çalışılmıştır. İstatiksel analiz programı Minitab 15'te gerçekleştirilen analiz sonunda, bu faktörlerin ana etkileri ve etkileşimlerini içeren bir model kurulmuştur. Kurulan model, soğuk ve sıcak yıkama süreleri ile maksimum su sıcaklığının yıkama endeksi üzerinde etkisini yaklaşık % 94 oranında açıklamaktadır. Bu modele göre yıkama suyu sıcaklığı ve sıcak yıkama süresinin ana etkileri ile yıkama suyu sıcaklığı - soğuk yıkama süresi etkileşimi ve yıkama suyu sıcaklığı - sıcak yıkama süresi etkileşimleri yıkama endeksi üzerinde etkili olmaktadır.Bulaşık makinalarında enerji tüketimi ? yıkama endeksi konularını kapsayan bu tez çalışması, güç değerleri sabit su sirkülasyon pompası ve elektrikli ısıtıcı ile gerçekleştirilmiş olup oluşturulan enerji ifadesi ve yıkama endeksi modelinin geliştirilmesi için pompa ve ısıtıcının farklı güç düzeylerinin incelenmesinin faydalı olacağı düşünülmektedir. In the last decades, due to the global warming and limited natural resources, researches on the efficient use of energy arised in most of industrial applications and academical studies. Response of wet household appliances to energy topic is to reduce both energy and water consumption, in the meantime to improve cleaning performance. Such studies resulted in need of an evaluating energy consumption and cleaning performance in accordance with a standard test method. For the dishwashers; EN 50242 ?Electric dishwashers for household use ? Methods for measuring the performance? was developed and now is being used by manufacturers all over the world.Scope of this thesis; focusing on energy consumption and cleaning performance, is to determine the effects of washing cycles on total energy consumption and to develope a correlation between washing cycles and cleaning performance.Dishwashing is defined as removal of remaining soils on kitchen utensils and crockery utilizing effects of temperature, aquatic detergent solution and mechanics. Since lots of mechanismcs and factors take place in washing process, it is not possible to establish a general model for washing. Even then, there are lots of researches on comparison of hand-washing and automatic dishwashers in aspects of consumption proporties, cleaning performances and environmental effects. These studies didn?t succeed in modelling behaviour of hand-washing and developing a correlation between consumption and performance. Hand-washing experiments performed in this thesis also have similar results; where different levels of cleaning performances were obtained independent of water-energy consumption, detergent used or washing period.In automatic dishwashers; high temperature, mechanical effects and detergent are used together in order to remove soil from surfaces of crockery and become ready for use after rinsing and drying cycles. Fresh cold tap water entering washing machine is heated up to a pre-determined temperature in warm washing and drying cycles. Researches on dishwashers?s energy are usually focused on optimization of washing temperature, heating period, water consumption without decreasing the performance.In this thesis, for the determination effects of washing cycles on energy consumption, temperature values were measured by 18 thermocouples placed in different parts of the dishwasher. Temperature distribution over the dishwasher and energy balance equation were utilized and finally an expression for effective energy used by machine in order to remove soil from crockery.Another subject of thesis is to create a model for cleaning index using tools of full factorial experiment design methods in Minitab 15 software. Periods of washing cycles and maximum temperature of washing were selected as factors and in the model it is experiments were performed due to Minitab 15 analyses. Developed model is capable of interpreting % 94 of cleaning performance dependent of washing temperature, warm washing period, temperature-cold washing period interaction and temperature-warm washing period interaction.As a result of this thesis, models for energy consumed during washing and cleaning index were proposed which will enable prediction of energy consumption and cleaning index of any dishwashing program according to washing parameters.For the future studies, it is advised to study energy consumption of washing in conditions of variable power specifications for circulation pump and flow-through heater. 103

06.03.2018 tarihli ve 30352 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan “Yükseköğretim Kanunu İle Bazı Kanun Ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun” ile 18.06.2018 tarihli “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” gereğince tam metin erişime açılmıştır. Dünya son zamanlarda, doğal sera etkisi oluşumunu tetikleyen sera gazları sayesinde ısınma tehdidi altında kalmıştır. Bunun sonucu olarak, içilebilir ve/veya kullanılabilir tatlı kıt su kaynakları günden güne azalmakta, buzullar erimekte ve çeşitli ekolojik değişiklikler meydana gelmektedir.Buna paralel olarak, dünya üzerindeki mevcut teknolojide kullanılan enerji rezervlerinde de azalma görülmekte ve bunun sonucu olarak yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması ihtiyacı artmaktadır.Bu çalışma da, kapasitesi dünya ihtiyacının çok üzerinde olan güneş enerjisinden yararlanılarak, kullanımı çok yaygın olmayan özel ?Dimple Plate? (Gamzeli Plaka) tipi güneş kolektörleri yardımıyla, tuzlu sudan ( deniz suyu) tatlı su üretim prosesinin farklı vakum değerlerinde deneysel incelenmesini hedeflenmiştir.Sonuç olarak, yapılan deneyler ışığında söz konusu ?Dimple Plate? ( Gamzeli Plaka) kolektörlerin kapasitesi hakkında bilgiler verilmiş ve şuan mevcut olan geleneksel güneş kolektörleri ile kıyaslamalar yapılmıştır. Aynı zamanda, ?Dimple Plate? ( Gamzeli plaka) kolektörlere ait temel mühendislik verileri elde edilmiştir.Anahtar kelimeler: Gamzeli Plaka, Buharlaştırma, Yoğuşturma, Güneş Enerjisi, Yenilenebilir Enerji Nowadays, we are threatened by ecological diversifications by many reasons. The main reason causes by over heating due to Natural Greenhouse Effects. As a result of that, the world?s resources are getting scarce especially fresh water. Additional to that, the main icebergs and glacial are melted, and ecological balance has being disordered.Moreover, all the world?s natural resources are getting extensively used and disappeared such as raw oil, natural gas, coal, and etc. Therefore, using renewable energy resources is becoming more mandatory in order to save the generations? future.Even though there are several applications for desalination process with in current technologies, this case presents experimental performance by evaluation of dimple plate solar collectors. Those dimple plate solar collectors are not commonly used for desalination process by using solar energy with various vacuum values.As a result of that, the capacity of `?Dimple Plate?? has been presented in this case and compared with conventional solar stills simultaneously. And also, Dimple Plate?s basic engineering data have been provided by these experimental studies.Key Words: Dimple Plate, Evaporation, Condensation, Solar Energy, Renewable Energy

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009, Çamaşır kurutma makineleri çamaşırların geleneksel kurutma yöntemlerine göre daha kolay kurutulmasını sağlayan elektrikli ev aletleridir. Kondanserli çamaşır kurutma makinelerinde kurutma havası bir kondanserden geçirilerek yoğuşturulur ve elde edilen su makine içerisindeki bir su tankında toplanır. Yoğuşma işleminin gerçekleştiği kondanser bir tür kompakt ısı değiştiricisidir. Çamaşır kurutma makineleri açısından enerji tüketimi ve su toplama verimi makinenin performansını belirleyen en önemli iki parametredir. Bu tez çalışmasında bu iki önemli parametreyi doğrudan etkileyen kondanser üzerine çalışılmıştır. Yapılan kabuller ışığında kondansere ait kurutma havası akış kanalı için matematik model oluşturulmuştur. Korunum denklemleri uygun sınır şartları ve hız profilleri kullanılarak integral forma dönüştürülmüş ve sayısal olarak çözülmüştür. Sayısal çözümden kondanser kanalı içerisinde yoğuşan sıvı filmi kalınlığı hesaplanmıştır. Ayrıca giriş şartları değiştirilerek yoğuşan sıvı filmi kalınlığına olan etkileri araştırılmıştır. Son olarak verilen çalışma şartları ve seçilen kanat geometrisi için örnek bir kondanser tasarımı yapılmıştır. Yapılan tasarım hesabında matematik modelden elde edilen sıvı filmi kalınlığı da ısıl direnç olarak hesaba katılmıştır., Dryer machines are the electrical appliances which dry clothes more easily than that of the traditional drying methods. In condensing dryers the process air is condensed by using a condenser and the condensed water is collected in a water tank in dryer machine. The condenser in which condensation process occurs is a typical compact heat exchanger. Two most important parameters which determine the performance of dryer machines are energy consumption and efficiency of collected water. In this thesis, the condenser which affects directly these two parameters mentioned before is studied. The mathematical model for process air duct of condenser is done by taking some assumptions into account. The governing equations are transformed to the integral form by using suitable boundary conditions and velocity profiles and they are solved with numerical methods. The condensed liquid film thickness is calculated from the numerical solution. Moreover, the inlet conditions are changed in order to research the effects of them on the condensed liquid film thickness. Lastly, for the given working conditions and selected fin geometry a condenser is designed. In this design, the liquid film thickness calculated from mathematical model is added as a thermal resistance., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2008, Bu çalışmada, sürekli olduğu varsayılan düşey halkasal sıvı kolonunda, sinüzoidal zorlanmış laminer salınımlı bir akışta, kabarcıklı kaynama rejiminde ısı geçişi deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Yapılan deneysel ölçmeler ve değerlendirmeler sonucunda, sabit ısı akısına sahip bir yüzeyden, salınımlı akışta ısı geçişine etki eden parametrelerin frekans, genlik ve yüzey sıcaklığı olduğu görülmüştür. Deneylerden elde edilen değerler için bir hesap tarzı geliştirilmiş ve Nusselt sayıları bulunmuştur. Bulunan Nusselt sayıları için boyutsuz sayılara bağlı olarak bir korelasyon bağıntısı verilmiştir. Bu bağıntı literatürde bulunan tek fazlı çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Böylelikle kaynamanın ısı transferine etkisi tespit edilmiştir. Deney tesisatı ve salınımlı akışa uygun olarak kurulan matematiksel model iki farklı yaklaşımla ele alınmıştır. İlk olarak diferansiyel yaklaşımla genel olarak ele alınan kütle, momentum ve enerji denklemleri salınımlı akış şartlarına göre sadeleştirilerek geçerli denklemler bulunmuştur. Hız profili için halkasal kesitte sınır şartları yazılarak momentum denklemi analitik olarak çözülmüştür. İkinci olarak kontrol hacmi yöntemiyle integral formda süreklilik, momentum ve enerji denklemi yazılarak hareketli sınıra sahip kontrol hacminde ısıl enerji dengesi yazılmıştır. Tek fazlı bölgede, ısı geçişinde etkili olan mekanizmanın akışın merkezini takip edemeyen hidrodinamik sınır tabakadan kaynaklandığı, bu durumun ısı geçişini artırdığı doğrulanmıştır. Salınımlı akışta kısmi soğutulmuş kaynamanın ve tam gelişmiş soğutulmuş kaynamanın etkin olduğu rejimde ısı geçişi tek fazlı durum ile kıyaslanmış, kabarcıkların ısı geçiş katsayısında keskin bir artış sağladıkları doğrulanmıştır., In this study; in quasi-steady state conditions, heat transfer in a laminar oscillating vertical annular liquid column flowing in the bubbly flow regime investigated experimentally and theoretically. Experimental study proved that the frequency , displacement amplitude and wall temperature were important parameters affecting heat transfer from a uniform heat flux surface to reciprocating flow. For the experimental investigation a new approach was considered in the calculation of Nusselt number. A correlation equation was obtained for the Nusselt number depending on dimensionless numbers. The increment of heat transfer coefficient for the studied working regime was obtained comparing correlation with ones for single phase flows. Experimental setup and mathematical model related to reciprocating flow were examined with two different approximations. First of all, mass, momentum and energy equations examined generally by using differential approximation. Then equations were simplified according to reciprocating flow and governing equations were obtained. In order to obtain velocity profile, using the appropriate boundary conditions in an annular cross-section, momentum equations were solved analytically. Secondly, using the control volume approach mass, momentum and energy equations were written in integral form, then energy balance on the moving control volume were written. For the single phase region of flow, it is understood that, the effective heat transfer mechanism is due to the hydrodynamic boundary layer which can not follow the core flow. Because of this condition, it is found that the heat flow has been increasing. In reciprocating flow, the heat transfer coefficient which is strongly affected by single phase flow and nucleate-bubbly flow boiling conditions was studied. According to the experimental results, bubbles induce highly efficient heat transfer mechanisms., Yüksek Lisans, M.Sc.

Bu çalışma, mini kanallardaki ısı transferi olayının incelenmesi esasınadayanmaktadır. Mini kanallarda Helyum gazı ile yapılan bir soğutma prosesi konualınmıştır. Forschungszentrum Karlsruhe'de yürütülmekte olan HEBLO (HeliumBlanket Test Loop) projesi kapsamında yürütülen bu çalışma, bir füzyon reaktörünün15MW/m2' lik büyük ısı yükünü uzaklaştırmak için tasarlanan bir soğutucu parmağın(divertör) optimizasyonu ve termohidrolik simülasyonlarını içermektedir.Farklı sıcaklıklarda This study is based on the evaluation of heat transfer in minichannels. A coolingprocess with Helium in minichannels was considered due to this evaluation. Thisconcept consists of the optimisation and thermohydraulic simulations of a coolingfinger (divertor) which was designed to move a great heat load of 15MW/m2 fromfusion reactor. These experiments were done at the Forschungszentrum Karlsruhe(Germany). For different Helium temperatures, five different Helium mass flow rateswere measured ( for 4000C only four was possible). The datas of the thermocoupleswhich were positioned in the test section, were recorded and compared with thesimulation results obtained by using different turbulance models of STARCD tomake obvious if these models are reliable. Furtheremore, a simple geometrictemperature region model was also executed as a simple alternative of theseturbulance models to check the reliability. 90

Isı borusu, buhar ve sıvı faz değişimi prensibi ile çalışan, sıcak ve soğukkaynaklar arasında ısı taşımak için kullanılan bir cihazdır. Yüzeylerinsoğutulmasında veya yüzeylerde eş sıcaklık dağılımı elde etmek için kullanılır.Bu çalışmanın amacı, ısı borularına farklı bir bakış açısı getiren üç kolonlutitreşimli ısı borusunun matematiksel olarak modellenmesi ve yapılan deneylerile karşılaştırılarak mevcut tasarımın incelenmesidir.Sistem, birbirine bağlı üç dikey kolandan oluşmaktadır. Orta kolona ısıtıcıyerleştirilmiş ve soğutucu yerleştirilen diğer kolon ile döngü oluşturucak şekildebağlanmıştır. Sistem çalıştırıldığında ısıtıcı ve soğutucu yerleştirilen kolonlararasında buhar oluşmakta ve belli bir süre sonra buharlaşma ve yoğuşmaarasındaki faz farkından ötürü kolonlardaki su salınım yapmaktadır. Bu salınımsonucu buhar hacmi belli sınırlar dahilinde artıp azalmaktadır. Daha önce bukonuda yapılan çalışmalara ek olarak kolon seviye değişimi ile buhar basınçdeğişimini eş zamanlı ölçmek için optik algılayıcıların kullanıldığı bir devreyapılmıştır. Bu sayede buhar hacminin basınçla değişimi elde edilmiştir.Literatürde ısı boruları ile ilgili tariflenmiş ısı taşınım katsayıları, mevcut sistemsalınım yaptığı için kullanılamadığından ortalama ısı geçiş katsayısıkullanılmıştır. Elde edilen veriler boyut analizi yapılarak incelenmiş ve sonuçtasistem için geçerli olan Nusselt korelasyonu elde edilmiştir.Son olarak bu konu üzerinde daha önce çalışan araştırmacıların oluşturmuşoldukları matematik model geliştirilmiş ve deneysel veriler ışığı altındageçerliliği detaylı bir şekilde irdelenmeye çalışılmıştır.Anahtar Kelimeler: Isı borusu, salınımlı akış,ortalama ısı geçiş katsayısı Heat pipe is a vapor-liquid phase change device that transfers heat from a hotreservoir to a cold reservoir. It is used for cooling the surfaces or to obtainuniform temperature distribution over the surfaces.The aim of that study is to form a mathematical model of `Oscillating Loop HeatPipe Consisting of Three Interconnected Columns? which brings a differentaspect to heat pipes and compare the experimental results with that model.System consists of three vertical interconnected columns. An electric heater isinserted into the central column and that column is connected to other columnwhich consists of a cooler to form a cycle. After the system turn on, amount ofvapor increase between the columns which have the heater and the cooler. Aftera while, due to the phase lag between evaporation and condensation, the water inthe columns start to oscillate. Due to that oscillation, the amount of vapourincrease and decrease between certain limit. Adding to the studies which hadbeen done on that field, to measure the water level change in the columns withpressure change at the same time, a circuit with optic sensors is used. In that waythe change of vapour volume with pressure is obtained.Heat transfer coeficient described in the literature for heat pipes can not be usedbecause of the oscillation. For that reason overall heat transfer coefficient isused. By using experimental data, dimensional analysis is done and a Nusseltcorrelation is obtained.Lastly, the mathematical model which was formed by the researchers workingon that field, is improved and with the experimental results, its validty issearched.Keywords: Heat pipe, oscillating flow, overall heat transfer coefficient 87

06.03.2018 tarihli ve 30352 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan “Yükseköğretim Kanunu İle Bazı Kanun Ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun” ile 18.06.2018 tarihli “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” gereğince tam metin erişime açılmıştır. Anahtar kelimeler: Optimum Hava Katman Kalınlığı, Çift Camlı Pencereler, Dar KanallardaIsı YalıtımıEnerji maliyeti ve global çevreye uygun olarak, birçok ülke inşaat sektöründe enerjiverimliliğini geliştirmek için önlemler almaktadır. Bu nedenle düşük enerji sarfiyatı vemükemmel konfor sağlamak için binaların dış cephelerindeki pencerelerden olan ısıkayıplarını azaltmaya yönelik araştırmalar yapılmaktadır.Enerji sarfiyatını azaltmak için yapılan bu araştırmalar, çift camlı pencerelerde yalıtımözelliğini iyileştirmeye yönelik olmuştur.Bu nedenle çift camlı pencerelerde ısı transferini endüşük seviyeye indirmek için kanal genişliği çeşitli aralıklarda tutulmuş, sıcak akışkanlasoğuk akışkan arasındaki ısı transferleri incelenmiştir ve böylece çift camlar arasındaki enerjikayıplarının, hava katmanı kalınlığını optimize ederek azaltılabileceği gösterilmiştir. Buşekilde yalıtımı en iyi sağlayacak optimum kanal mesafesi bulunmuştur.Ayrıca son yıllarda yaygın olarak gelişen camlar arası jaluzi şeklindeki güneşliklerin ısıtransferine olan etkileri incelenmiştir. Bunun için farklı kanal mesafeleri test edilmiş veyalıtım özelliği belirlenmiştir.Yapılan çalışmalar sonunda jaluzinin ısı yalıtımına pozitif bir etkisi olduğu görülmüştür.Ayrıca camlar arasına yerleştirilmesi hem konfor hem de temizlik açısından büyük avantajsağlamaktadır. Diğer taraftan, camlar arasındaki hava katman kalınlığı 25 mm' ye kadarhavanın katı bir cisim gibi davrandığı gözlemlenmiş ve 25 mm `ye kadar Nu 1'e eşit olarakkalmıştır. Key words: Optimum air-layer thickness, double-pane windows, heat insulation in tightchannelsMany countries, in accordance with the energy costs and global environment, adopt measuresto improve heat efficiency in construction sector. Due to this fact, studies are underway toreduce heat losses via glass windows on the outer sides of buildings to obtain low energyconsumption and perfect comfort.Research for reducing energy consumption is mainly done to improve insulation capabilitiesof the double glazed windows. For this reason, in order to reduce the heat transfer to aminimum level the channel width is held at certain intervals and the heat transfer between thehot and cold fluid investigated. With this study it is proved that the heat transfer in doubleglazed windows can be reduced by optimizing the thickness of the air layer. By this study theoptimum channel width is determined which can provide the best insulation.In addition, the effects of window shades between the glass layers over heat transfer havebeen investigated. Different channel widths tested and the insulation properties have beendetermined.

Bu tezin, veri tabanı üzerinden yayınlanma izni bulunmamaktadır. ÖZET Dünya ekonomi faaliyetlerinin büyük bir kısmı küçük ve orta büyüklükteki işletmeler tarafından gerçekleştirilmektedir. Çok sayıdaki bu işletmelerin ürettikleri mal ve hizmetlerin birbirleri arasında değişimi sağlayabilmek için ortak ölçü ve kriterlerin yer aldığı bir ortak sistemin mevcut olması gerekmektedir. Söz konusu sistemin kaynak, uzmanlık, beceri ve kültür sorunları gibi sebeplerle esnek bir yapıda ve standartların pratik, kullanılabilir, yararlı ve kolay anlaşılabilir olması zorunludur. Sistem; kuruluşun kaynaklan üzerinde aşındırıcı etki yapmamalıdır. Bütün bunlara ilaveten, çok uluslu şirketlerin ihtiyaçlarım karşılayabilecek derecede ileri bir yapıda göstermelidir. Tüm bu sebeplerle ISO 14000 serisi standartların yayınlanması uzun bir süre almıştır. ISO 14000 serisi standartlarından birisi olan ISO 14001; kuruluşlara, ekonomik ve çevreye yönelik amaçlarına ulaşabilmeleri konusunda yardımcı olmak için diğer yönetim sistemleriyle bütünleştirilmiş olan etkin bir çevre yönetim sisteminin başlıca unsurlarını sağlamak amacıyla düzenlenmiştir. Çevre yönetim sistemi; stratejik ve rekabete yönelik olanlarda dahil olmak üzere her çeşit meseleyi kapsamaktadır. Bu yönetim sistemi; her tipteki ve büyüklükteki kuruluşa, değişik coğrafi ve kültürel şartlara uygulanabilmektedir. Gelecekte ISO 14001 global ticarette bütün kuruluşlar için çok önemli bir konuma gelecektir. Bu çalışma ISO 14001 Çevre Yönetim Sistemi'nin önemini vurgulamak, bu sistemi uygulayan firmaların elde edeceği maddi ve sosyal kazançları gözler önüne sermek, metal işleme sektöründe çalışıp da bu sistemi uygulamak isteyen firmalara yardımcı olmak amacıyla hazırlanmıştır. Bu nedenle çalışmada metal işleme alanında faaliyet gösteren bir pilot firma seçilerek, bu firmanın çevre etkileri ISO 14001 'e ön hazırlık yapmak amacıyla "Türk Çevre Mevzuatı" açısından incelenmiştir.

06.03.2018 tarihli ve 30352 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan “Yükseköğretim Kanunu İle Bazı Kanun Ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun” ile 18.06.2018 tarihli “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” gereğince tam metin erişime açılmıştır. ÖZET Anahtar Kelimeler: Plakalı ısı değiştiricisi, ayrıştırma kanalı Deneysel ve teorik olarak iki aşamada yapılan bu çalışmada, plakalı ısı değiştiricilerinden tek geçişli çapraz akımlı ısı değiştiricisi için, akışkanın kendi içinde karışmaması için konstrüktif önlem alınması veya alınmaması durumunda, ısı değiştiricilerinin verimliliği incelenmiştir. Bu çalışmada birbirine paralel levhalar arasına yerleştirilen üçgen profilli ayrıştırma kanalları kullanarak ve kullanmayarak yapılan deneylerle elde edilen ısı akıları karşılaştırılmıştır. Çalışmanın amacı, belli bir levha aralığında ayrıştırma kanallarının verimliliği ne ölçüde etkilediğini ortaya çıkarmaktır. Böyle bir araştırma yapma gereği, ısı değişicilerinin bir kalite göstergesi olan; kullanılan birim malzeme yüzeyi basma transfer edilen ısı akışını en üst düzeye çıkarma çabasıdır. Saç levhalar şekillendirilerek üretilen ayrıştırma kanalları birbirlerine paralel levhalara belirli yerlerde temas etmektedirler. Bu durum bir taraftan iletim dirençlerini arttırırken, diğer taraftan akışkanın karışmasını engellediği için, sıcaklık alanını istenen şekilde oluşmaktadır. Çalışmanın kapsamı; "Belirlenen bir geometri esas alınarak, ısı geçişinin literatür verileri yardımı ile ayrıştırma kanallı (ak.lı) ve ayrıştırma kanalsız (ak.sız) olarak ayrı ayrı hesaplanması ve sonuçların, yapılacak olan deneylerle karşılaştırılarak, ayrıştırma kanalı olarak kullanılan malzemenin, ısı transfer eden bir yüzey olarak kullanılması durumunda hangi kazanç ve kayıpların olduğunun belirlenmesi" şeklinde sınırlandırılmıştır. Elde edilen deney sonuçları ayrıştırma kanalı kullanılarak ısı geçişinin %12 oranında iyileştiğini göstermiş, ancak imalatta kullanılan malzeme miktarı yaklaşık xı3 kat artmıştır. Bu sonuçların nicel mukayesesi ancak kullanım alanına bağlı olarak yapılabilir. Çünkü ısı değiştiricisinde kullanım amacına göre maliyet yada verim önceliklidir. Deney sonuçları, literatürde verilen ampirik bağıntılar ile hesaplanan sonuçlarla uyumludur. xıı THE OPTIMIZATION OF SINGLE PASSING CROSS FLOW PLATE HEAT EXCHANGERS Key Words: Plate heat exchangers, Fin The aim of this study is to increase the efficiency of the plate heat exchanger in the case of employing and not employing constructive considerations to interrupt the fluid mixing. This study is constituted from experimental and theoretical parts The efficiency of plate heat exchangers is explained. In this study, both experimental and theoretical studies were carried out to evaluate the effect of fins on the heat fluxes. Fins formed by using sheet iron contact a certain place on parallel plates. This contact increases thermal conduction resistance and prevents fluid mixing. Consequently, the temperature gradient increase resulted from using fin. The extend of the study: With the principle of a difisute geometry, the calculating of the heat transfer with fin and without fin separately and determining the results by testing the reality and finding out the gain and loss when using the fin materials as a heat transferring surface. The experimental results by using fin show that, since the heat transfer is increased 12 %, the amount of material necessary for production is rise up approximately 3 times. A good agreement between the results of experimental and empirical equations in the literature is also observed. xm