Search

Paralel robotlar, konvansiyonel seri robotlara göre birçok avantaja sahiptir. Bu sayede alma ve yerleştirme, montaj, paketleme, kaynak, takım tezgahları, koordinat ölçüm makineleri, hareket simülatörleri, tıbbi ve cerrahi uygulamalar, haptik cihazlar, mikrorobotik, uzay, uydu ve anten sistemleri ve tarım gibi birçok alanda kullanılmaktadır. En büyük dezavantajları ise çalışma alanları içinde yer alan Tip II tekilliklerdir. Klasik robot kollarda görülmeyen, sadece paralel robotlara özgü bu tekilliklere yaklaşırken aktüasyon torklarının ve/veya kuvvetlerinin büyüklükleri sonsuza gider. Literatürde bu tekillik probleminin çözümüne yönelik yapılmış pek çok araştırma mevcuttur. Fakat buna rağmen, paralel robotların dinamik denklemlerinin Tip II tekil konumlardaki tutarlılığı ile geometrik yol özellikleri arasındaki ilişki üzerine yayınlanmış herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. Bu tezde, Tip II tekilliklerden geçen iki serbestlik dereceli düzlemsel paralel robotlar için bir geometrik yol planlama yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen yol planlama yöntemi, 5R düzlemsel paralel robot üzerine bir örnekle sayısal olarak test edilmiş ve doğrulanmıştır. Parallel robots have many advantages compared to conventional serial robots. Thanks to these advantages, they are used in many areas like pick and place, assembly, packaging, welding, machine tools, coordinate measuring machines, motion simulators, medical and surgical applications, haptic devices, microrobotics, space, satellite and antenna systems, and agriculture. Their biggest disadvantage is the presence of Type II singularities inside the workspace. While getting close to these singularities, which are not seen in classical robotic arms and are unique to parallel robots, the magnitudes of the required actuator torques and/or forces go to infinity. There are many researches conducted in the literature to solve this singularity problem. However, there is no published study on the relationship between the consistency of the dynamic equations of parallel robots at Type II singular positions and the geometrical path properties. In this thesis, a geometric path planning method is developed for two-degree-of-freedom planar parallel robots crossing Type II singularities. The developed path planning method is numerically tested and verified with an example on the 5R planar parallel robot.

Paralel robotlar, havacılık, uzay, otomotiv ve tıp gibi farklı alanlarda hareket simülatörleri, endüstriyel manipülatörler, takım tezgahları, tıbbi ve cerrahi robotlar ve haptik cihazlar gibi çeşitli şekillerde uygulamalara sahiptir. Paralel robotların bu kadar geniş bir alanda tercih edilmelerinin nedenleri konvansiyonel seri robotlara göre daha yüksek doğruluğa, daha yüksek yüksek rijitliğe, daha düşük atalete ve daha büyük yük/ağırlık oranına sahip olmalarıdır. En büyük dezavantajları ise çalışma uzayları içerisinde yer alan aktüasyon tekillikleridir. Mekanizmanın kapalı kinematik zincir yapısında dolayı ortaya çıkan bu tekilliklere yaklaşılırken ters dinamik çözüm sonsuza ıraksar ve robotun kontrolü kaybedilir. Bu nedenlerle paralel robotların çalışma uzaylarının tamamını kullanabilmeleri için aktüasyon tekilliklerinden geçebilmeleri büyük önem taşımaktadır. Bunu gerçekleştirmek için uç işlevcinin yörüngesi, hareket denklemleri tekil konfigürasyonda tutarlı olacak şekilde planlanmalıdır. Ancak aktüasyon tekillikleri, gerçekleştirilen göreve bağlı olarak farklı mertebelere sahip olabilir ve yüksek mertebeden tekilliklerin kaldırılması için tutarlılıktan başka ek koşullar gerekir. Bu tezde, üç serbestlik dereceli düzlemsel 3-PRR paralel robotların korank 2 aktüasyon tekilliklerinin mukavemeti analiz edilmiştir. Mevzubahis robotun korank 2 aktüasyon tekilliklerinin hangi koşul altında yüksek mertebeden hale geleceği belirlenmiştir. Parallel robots have applications in various forms like motion simulators, industrial manipulators, machine tools, medical and surgical robots, and haptic devices in different fields such as aerospace, automotive and medicine. The reasons why parallel robots are preferred in such a wide spectrum of areas are that they have higher accuracy, higher stiffness, lower inertia, and larger payload-to-weight ratio compared to conventional serial robots. Their biggest disadvantage is the presence of actuation singularities inside their workspace. When approaching these singularities, which arise due to the closed kinematic chain structure of the mechanism, the inverse dynamic solution diverges to infinity and the control of the robot is lost. For these reasons, it is of great importance for parallel robots to pass through actuation singularities so that they can use their entire workspace. To realize this, the end-effector trajectory must be planned so that the equations of motion are consistent at the singular configuration. However, actuation singularities can become of high order depending on the task being performed, and high-order singularities require additional conditions other than the consistency for being removed. In this thesis, the strength of the corank 2 actuation singularities of three-degree-of-freedom 3-PRR planar parallel robots is analyzed. It is determined under which condition the corank 2 actuation singularities of the robot under study become of high order.

Yörünge planlama, robotik alanındaki önemli araştırma konuları arasında yer almaktadır. Paralel robotlar için yörünge planlamasındaki kritik hususlardan biri, çalışma uzaylarının içinde aktüasyon tekilliklerinin bulunmasıdır. Bu tekillikler etrafında, yörünge tutarsızsa, ters dinamik çözümünün büyüklüğü sonsuza ıraksar. Tutarlı yörüngeler literatürde genellikle tek bir sekizinci dereceden polinom ile planlanır. Bununla birlikte, aynı amaçla alternatif olarak parçalı kuintik bir polinom kullanılabilir. Bu tezde, tekilliklerden geçen paralel robotlar için bir optimal parçalı kuintik polinom yörünge planlama yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem, geçilecek tekillikte tutarlılık koşulunu sağlarken aynı zamanda robotun ileri-geri hareketini önlemek için kullanılabilir. Trajectory planning is one of the important research topics in robotics. A critical issue in planning trajectories for parallel robots is the existence of actuation singularities inside their workspace. Around these singularities, the magnitude of the inverse dynamics solution diverges to infinity if the trajectory is inconsistent. Consistent trajectories are usually generated in the literature with a single eighth-degree polynomial. However, a piecewise quintic polynomial can alternatively be employed with the same aim. In this thesis, an optimal piecewise quintic polynomial trajectory planning method is developed for parallel robots passing through singularities. The developed method can be used for avoiding back-and-forth motion of the robot while satisfying the condition for consistency at the singularity to be passed through.

Paralel robotlar seri robotlara göre birçok dikkate değer avantaja sahiptir. Yüksek doğrulukta konumlama kabiliyeti ve yüksek yük/ağırlık oranı bunların başlıcaları arasında sayılabilir. Ancak seri robotlardan farklı olarak, paralel robotların ileri kinematik çözümünde Tip II olarak bilinen tekillikler meydana gelir. Paralel robotların tekil konfigürasyonları klasik olarak hız düzeyindeki kinematik denklemlerde yer alan iki adet Jakobiyen matrisinin determinantı sıfıra eşitlenerek bulunur. Ancak paralel robotlar hız düzeyindeki ileri ve ters kinematik çözümlerin dejenere olduğu hareket tekilliklerine ilaveten pozisyon tekilliklerine de sahiptir. Paralel robotlar alanında oldukça güncel bir araştırma konusu olan pozisyon tekillikleri işbu tezin konusunu teşkil etmektedir. Tezin amacı, RPRPR düzlemsel paralel robotun ileri kinematik pozisyon tekilliklerini incelemektir. Bu amaç doğrultusunda belirlenen temel hedefler söz konusu robotun konum seviyesindeki ileri kinematik çözümünün dejenerasyonlarını tetkik etmek ve pozisyon denklemlerindeki bu dejenerasyonların ileri kinematik hareket tekillikleri ve yüksek mertebeden tekillikler ile olan ilişkilerini ortaya koymaktır. RPRPR düzlemsel paralel robot için, her ileri kinematik pozisyon tekilliğinin aynı zamanda bir ileri kinematik hareket tekilliği olduğu ve dahası, her ileri kinematik hareket tekilliğinin aynı zamanda bir ileri kinematik pozisyon tekilliği olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, RPRPR düzlemsel paralel robotun herhangi bir Tip II tekilliğinin, robotun uç noktasının izlediği yolun eğimi bu tekillikte sıfırsa, yüksek mertebeden bir tekilliğe dönüştüğü gösterilmiştir. Parallel robots have plenty of remarkable advantages over serial robots. Highly accurate positioning capability and high payload-to-weight ratio are among the main ones. Unlike serial robots, however, singularities known as Type II occur in the forward kinematics solution of parallel robots. Singular configurations of parallel robots are classically found by setting the determinants of the two Jacobian matrices in the velocity-level kinematic equations to zero. However, parallel robots also have position singularities other than the motion singularities at which forward and inverse kinematic solutions at the velocity-level degenerate. Position singularities, being a quite current research topic of parallel robots, constitute the subject of this thesis. The purpose of the thesis is to study the forward kinematic position singularities of the RPRPR planar parallel robot. The main objectives set for this purpose are to examine the degenerations of the position-level forward kinematic solution of the robot and to reveal the relations of these degenerations in the position equations with the forward kinematic motion singularities and high-order singularities. It is shown for the RPRPR planar parallel robot that every forward kinematic position singularity is also a forward kinematic motion singularity, and moreover, every forward kinematic motion singularity is also a forward kinematic position singularity. It is also demonstrated that any Type II singularity of the RPRPR planar parallel robot transforms into a high-order singularity if the slope of the endpoint path is zero at that singularity.

Geleneksel olmayan bir işleme yöntemi olan elektriksel deşarj ile işleme (EDM), çeşitli sertlikteki metalleri işlerken yüksek yoğunluklu elektriksel deşarjlardan faydalanır. Olağanüstü iletkenlikleri ve dayanımları sebebiyle, son zamanlarda EDM'de de karbon nanotüpler (CNT'ler) araştırılmaktadır. Fakat CNT iplik (CNTY) ile işleme tam olarak incelenmemiştir. Bu çalışma, saf bir CNTY’nin bir EDM takım malzemesi olarak kullanılmasını önermektedir. Bunun uygulanabilirliği, karakterizasyon ve işleme testleri ile incelenmiştir. Ölçümler, (100 µm daha az bir çapa sahip) CNTY’nin 2.66x104 S/m elektriksel iletkenliğe ve 1.76x103 A/cm2 akım taşıma kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir. Hava ve hidrokarbon yağ dielektrikler içinde gerçekleştirilen işleme testlerinde çelik ve alüminyum iş parçaları kullanılmıştır. Hava dielektrik ortamında kayda değer bir işleme ve daha uzun bir takım ömrü elde edilmiştir. Hava ortamındaki metal oksidasyonunun, işlemeyi arttırırken takım ömrünü azalttığı düşünülmektedir. Ayrıca, kalın (>100 µm) çok-katlı takımlar, işleme süresini hava ortamında 14 saniyeden, yağ ortamında ise 2.5 saniyeden fazla arttırmaktadır. Takım ömrünü sınırlayan diğer etkenlerin, iş parçası üzerinde ısı kalkanı görevi gören (muhtemelen karbür) bir katmanın oluşumu ve elektriksel deşarjların yoğunluğunun artması olduğu düşünülmektedir. Buna ek olarak, alüminyumun hava dielektrik ortamında işlenmesinde düşük voltaj (16 V) ve tepe akımı (0.1 A), takım ömrünü ve kesme verimini arttırmaktadır. Düşük bir vuruş oranı (%25), verimi iyileştirmiş ve takım aşınmasını azaltmıştır. Ayrıca, sadece mekanik sürtünmenin kesme verimi üzerinde çok küçük bir etkisi olmuştur. Buna ilaveten, pozitif takım polaritesi kesme verimini düşürürken takımın eksenel iki yönlü hareketi ise takım ömrünü uzatmıştır. Electrical discharge machining (EDM), a non-traditional material removal method, utilizes high-intensity electrical discharges when machining metals of various hardnesses. Due to their extraordinary conductivity and strength, carbon nanotubes (CNTs) are recently being explored in EDM too. However, material removal with CNT yarn (CNTY) has not been studied thoroughly. This work suggests the use of a pristine CNTY as an EDM tool. Its feasibility has been examined through characterization and material removal experiments. The measurements show that the CNTY (100 µm) multi-ply tools extend machining time by more than 14 s in the air and nearly 2.5 s in the oil. The formation of a heat-shielding (possibly carbide) layer on the workpiece and intensified discharges could be other factors limiting tool life. In addition, decreased voltage (16 V) and peak current (0.1 A) increase tool life and cutting efficiency when machining aluminum in the air dielectric. A low duty cycle (25%) increased efficiency and reduced tool wear. Furthermore, mechanical frictions had only a minor effect on cutting efficiency. In addition, positive tool polarity decreased cutting efficiency, while reciprocal tool movement increased tool life.

El fonksiyon bozukluğu olan kişilerde, günlük yaşam aktivitelerinin gerçekleştirilmesi ve rehabiliyasyon süreçlerinin yardımında dış iskelet sistemlerininin önemi klinik olarak kanıtlanmıştır. Bunun yanında, el için geliştirilmiş yüksek serbestlik derecesine sahip dış iskelet sistemlerinde el hareketlerinin ve rehabilitasyon egzersizlerinin yapılması zorlu işler olarak kabul edilmektedir. Bunun nedeni parmaklar üzerine yerleştirilen mekanizmaların karmaşık yapıları, kullanılan aktüatör sayıları ve hareket kısıtlayıcı sistemlerin fazlalığıdır. Bu çalışmada basit yapılı, tek aktüatörle tahrik edilen, sınırsız hareket alanına sahip tendon güdümlü yumuşak bir dış iskelet sistemi sunulmaktadır. Önerilen sistem başparmak, işaret parmağı ve orta parmak için fleksiyon ve ekstansiyonda tam serbestlik dereceli hareket gerçekleştirmek için tek aktütör kullanır. Tek aktüatörle kullanıcının üç parmak hareketi başarılı bir şekilde sağlanmakta ve kavrama hareketleri düzgün bir şekilde yapılabilmektedir. Bu çalışmadaki sonuç, myoelektrik kontrollü günlük yaşam aktivitelerinin gerçekleştirilmesini sağlayan, uzman kişilere bağımlılığını azaltan ve kişisel rehabilitasyonu gerçekleştiren ve kayıt altına alabilen kapsamlı bir rehabilitasyon robotu FLEXoskelet geliştirilmiştir. The importance of exoskeleton systems in performing activities of daily living and helping rehabilitation processes in people with hand dysfunction has been clinically proven. In addition, performing hand movements and rehabilitation exercises in exoskeleton systems with high degrees of freedom developed for the hand are considered challenging tasks. The reason for this is the complex structures of the mechanisms placed on the fingers, the limitation of movement, and the number of actuators used. This study proposes a tendon-driven soft exoskeleton system with an unlimited range of motion, driven by a single actuator. The proposed system uses a single actuator to perform full degrees of freedom of movement in flexion and extension for the thumb, index finger, and middle finger. With a single actuator, the user's three finger movements are successfully provided, and the grip movements can be made smoothly. The aim of this study is to develop a comprehensive rehabilitation robot, the FLEXoskelet, that enables the realization of daily life activities with myoelectric control, reduces dependence on specialists, and can perform and record personal rehabilitation.

Bu çalışmada laboratuvar ölçekli kabarcıklı akışkan yatak rejiminde çalışan basınçlı bir oksi-yanma reaktöründe gelişen akış alanı ve farklı yakıtların yanma özellikleri sayısal olarak modellenmiştir. Sayısal sonuçlar, bir TÜBİTAK 1003 proje kapsamında TÜ

Bu çalışmada, eşit kanallı açısal presleme (EKAP), genişlemeli eşit kanallı açısal presleme (Gen.-EKAP) ve hibrit eşit kanallı açısal presleme (Hibrit-EKAP) gibi aşırı plastik deformasyon (APD) prosesleri saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımlarına uygulanmıştır. Hibrit-EKAP olarak adlandırılan proses EKAP prosesine tabi tutulmuş numunelerin devamında Gen.-EKAP prosesine tabi tutulmasından ibarettir. Bu sayede EKAP sonrası uygulanan Gen.-EKAP prosesinin mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkisi yeni bir yaklaşım olarak bu çalışmada incelenmiştir. Aynı şekilde EKAP ve Gen.-EKAP proseslerinin tek başlarına uygulandığı durumda da saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımının mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkileri de incelenmiştir. Gen.-EKAP ve Hibrit-EKAP proseslerinde kullanılan Gen.-EKAP kalıbı proses esnasında ortaya çıkan gerinim dağılımının inhomojenizasyonunu ve proses esnasında oluşan presleme yükünü minimize edecek şekilde optimize edilmiştir. Gen.-EKAP kalıbının optimizasyon sürecini yürütmek adına EKAP ve Gen.-EKAP prosesleri için sonlu eleman analizleri (SEA) yapılmıştır. Optimizasyon sürecinde SEA’ya ek olarak yapay sinir ağları (YSA) ve genetik algoritma (GA) araçları da kullanılmıştır. Optimum kalıbın üretilmesi ve üç prosesin uygulanmasının ardından mikroyapı özelliklerini incelemek için optik miksrokobu (OM) görüntüleme, tarayıcı elektron mikroskobu (TEM) görüntüleme, geçirimli elektron mikroskobu (GEM) görüntüleme ve X-ışını kırınımı (XIK) çalışmaları yapılmıştır. Mekanik testler olarak ise çekme ve sertlik testleri yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde Gen.-EKAP prosesinin EKAP prosesine göre daha küçük tanelerden oluşan bir mikroyapı ve daha yüksek mekanik özellikler sağladığı görülmüştür. Hibrit-EKAP prosesinde uygulanan bir pasoluk ve dört pasoluk EKAP prosesleri sonrası uygulanan birer pasoluk Gen.-EKAP pasolarının tane yapılarında küçülmeye ve mekanik özelliklerde iyileşmeye sebep olduğu gözlemlenmiştir. Bu üç prosesin bahsi geçen özelliklerdeki etkilerinin incelenmesinin yanı sıra, tane büyüklüğü dağılımı ve sertlik dağılımlarına etkileri de gözlemlenerek hangi yöntemin daha homojen bir mikroyapı sağladığı incelenmiştir. SEA analizlerinden elde edilen ve gerinim dağılımını istatistiksel olarak ifade eden değerler EKAP ve Gen.-EKAP prosesleri için hesaplanmıştır. Bu değerler ile EKAP ve Gen.-EKAP prosesine tabi tutulan numunelerdeki tane büyüklüğü dağılımı ve sertlik dağılımı değerlerini gösteren istatistiksel değerler kıyaslanmıştır. Bu kıyaslama sonucunda Gen.-EKAP prosesinin bir pasosunun EKAP prosesinin bir pasosuna göre gerinim dağılımı, tane büyüklüğü dağılımı ve sertlik dağılımında daha homojen bir yapı sunduğu görülmüştür. Hibrit-EKAP prosesi kapsamında bir pasoluk ve dört pasoluk EKAP prosesleri sonrası uygulanan birer pasoluk Gen.-EKAP pasolarının tane büyüklükleri ve sertlik dağılımındaki inhomojenizasyonu azalttığı görülmüştür.Hazırlanan tez çalışması, Hibrit-EKAP yönteminin ilk defa uygulanması, Gen.-EKAP prosesinin saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımları için ilk defa uygulanması sonucu literatürdeki bazı eksiklikleri gidermiştir. Ayrıca, Gen.-EKAP kalıbının optimizasyonu daha önce literatürde yapılmış olsa da gerinim dağılımı inhomojenizasyonun ve proses esnasında ortaya çıkan maksimum yük değerinin eşit derecede minimize edildiği bir kalıp daha önce tasarlanmamış ve üretilmemiştir. Belirtilen amaçlar doğrultusunda üretilmiş bir Gen.-EKAP kalıbının saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımına etkisi de yapılan tez kapsamında incelenmiştir. Yapılan bu incelemeler sayesinde literatürdeki bir diğer eksiklik daha giderilmiştir. In this study, Equal Channel Angular Pressing (ECAP), Expansion Equal-Channel Angular Pressing (Exp.-ECAP) and Hybrid Equal-Channel Angular Pressing (Hybrid-ECAP) were applied to pure copper and AZ31 magnesium alloys as severe plastic deformation (SPD) processes. The process called Hybrid-ECAP consists of applying the Exp.-ECAP process to the specimens that have been subjected earlier to the ECAP process. In this way, the effect of the Exp.-ECAP process applied after ECAP on the microstructure and mechanical properties was investigated in this study as a new approach. Likewise, the effects of ECAP and Exp.-ECAP on microstructure and mechanical properties of pure copper and AZ31 magnesium alloy were also investigated after these processes were applied separately. The die used in the Exp.-ECAP and Hybrid-ECAP processes has been optimized to minimize the inhomogenization of the strain distribution and the maximum pressing load that occurs during the process. In order to carry out the optimization process of the Exp.-ECAP die, finite element analyzes (FEA) were performed for the ECAP and Exp.-ECAP processes. In addition to FEA, artificial neural networks (ANN) and genetic algorithm (GA) tools were also used in the optimization process. Optical microscope (OM) imaging, scanning electron microscope (SEM) imaging, transmission electron microscope (TEM) imaging and X-ray diffraction (XRD) studies were performed to examine the microstructural properties after the optimum die was produced and three processes were applied. Tensile tests and hardness tests were performed as mechanical tests. When the results were examined, it was seen that the Exp.-ECAP process provided a microstructure consisting of smaller grains and higher mechanical properties compared to the ECAP process. It has been observed that, within the scope of Hybrid-ECAP, one-pass Exp.-ECAP passes applied after one-pass and four-pass ECAP processes cause reduction in average grain size and improvement in mechanical properties. In addition to studying the influence of these three processes on the mentioned properties, their influence on grain size distribution and hardness distribution was also observed, and it was investigated which method provides a more uniform microstructure. The values obtained from the FEA and expressing the strain distribution statistically were calculated for the ECAP and Exp.-ECAP processes. These values were compared with the statistical values showing the grain size distribution and hardness distribution values in the specimens subjected to ECAP and Exp.-ECAP processes. As a result of this comparison, it has been seen that one pass of the Exp.-ECAP process provides a more homogeneous structure in strain distribution, grain size distribution and hardness distribution compared to one pass of the ECAP process. It has been observed that one-pass Exp.-ECAP passes applied after one-pass and four-pass ECAP processes within the scope of the Hybrid-ECAP process reduce the inhomogenization in grain size and hardness distribution.The thesis study, the first application of the Hybrid-ECAP method, and the application of the Exp.-ECAP process for the first time for pure copper and AZ31 magnesium alloys, eliminated some of the deficiencies in the literature. In addition, although the optimization of the Exp.-ECAP die has been done in the literature before, a die in which the strain distribution inhomogenization and the maximum load value during the process are equally minimized has not been designed and produced before. The effect of a Exp.-ECAP die produced for the stated purposes on pure copper and AZ31 magnesium alloy was also investigated within the scope of the thesis. Thanks to these studies, another gap in the literature has been filled.

Tezin amacı, yerli kömürlerle beslenen basınçlı oksi-yanma akışkan yataklı bir yakıcının sayısal olarak incelenmesidir. Çalışma, deneysel ve sayısal çalışma olmak üzere iki bölümde yürütülmüştür. Deneysel bölümde, değişen oksijen oranlarıyla oksi-yanmanın kullanıldığı kömürün yanma özellikleri incelenmiştir. Daha sonra sistemin sıcaklık, basınç, hız profilleri ve emisyonları sayısal olarak incelenmiş ve sayısal sonuçlar CFD yöntemiyle Barracuda yazılımı kullanılarak modellenmiştir.Yanma, oksi-yanma ve piroliz ortamındaki TGA deneyleri ile yanmanın başlangıç ve bitiş sıcaklığı, maksimum yanma sıcaklığı vb. kömür özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca eksenel basınç dağılımı için soğuk akış deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler sayısal çözümlerle karşılaştırılmış ve sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu gözlenmiştir. Bunun yanında akışkan yatak içerisinde bulunan kumun parçacık hacim yoğunlukları ve farklı basınç koşullarında minimum akışkanlaşma hızları iki farklı sürüklenme modeli kullanılarak incelenmiştir. Basınçlı akışkan yatak sistemi, iki farklı basınç koşulunda (1 ve 5 bar) ve değişen oksijen oranları ile oksi-yanma ve hava ortamında deneylerle incelenmiştir. Deneysel sonuçların sayısal olarak validasyonu yapılmıştır. CO2 yakalama, kömür yanması için oksi yanma sistemi kullanılarak arttırılabilir. Temiz kömür kullanımı için CO2 yakalanması önemli bir prosestir. Bunun yanında, akışkan yatağın basınçlandırılması da CO2 yakalama verimini artıracaktır.Basınçlı oksi yakma sistemleri üzerine özellikle sayısal olarak sınırlı sayıda çalışma vardır. Bu tez çalışması, basınçlı oksi-yanma akışkan yatak sistemlerinin deneysel ve sayısal modellemesi konusundaki literatürdeki boşluğu doldurmaya ve temiz kömür yakma sistemlerinin gelişmesine katkı sağlamıştır.--------------------The objective of the thesis is the numerical analysis of an oxy-fuel pressurized fluidized bed combustor fueled by domestic coals. The study was conducted in two parts which are experimental and numerical study. In the experimental part, the combustion characteristics of coal under air and oxy-combustion conditions were investigated. Then, temperature, pressure, velocity profiles, and emissions of the system were examined and these values were compared with numerical results by CFD modeling using Barracuda software. The coal characteristics including ignition temperature, the end temperature of the combustion, maximum combustion temperature were determined with the TGA experiments under the combustion, oxy-combustion, and pyrolytic ambient. Then, the cold flow experiments were performed for the axial pressure distribution at different volumetric flow rates. These experiments were compared with the numerical solutions and the results were in good agreement with each other. In addition, the particle volume fractions and minimum fluidization velocities under different pressure conditions with two different drag models were examined for the sand in the fluidized bed.The pressurized fluidized bed system was investigated with air, oxy-combustion with varying oxygen contents in the combustion environment under two different pressure conditions (1 and 5 bar). The experimental results were compared numerically. The CO2 capture is enhanced using the oxy-combustion system for coal combustion. It is significant for clean coal utilization. Also, pressurized condition in a fluidized bed increases the efficiency of the CO2 capture.There are limited studies especially numerically on pressurized oxy-combustion systems in literature. In this thesis study, it is also aimed to contribute to increase knowledge on clean coal utilization systems and fill the gap in the literature on experimental and numerical modeling of pressurized oxy-combustion fluidized bed systems.

ALTERNATİF SENARYO SEÇENEKLERİYLE TÜRKİYE’NİN ENERJİ SİSTEM SİMÜLASYONU Fosil yakıtlardan enerji üretimi, ulaşım, popülasyonun artması ve sanayileşme ile birlikte küresel ısınmaya neden olan karbon emisyonunun artmasının en temel nedenlerinden birisidi

Oksi yanma ve oksijence zengin yanma teknolojileri önemli karbondioksit tutma alternatifleri olarak görülmektedir. Bu çalışmada, 30 kW termal kapasiteli bir dolaşımlı akışkan yatak sisteminde yakma atmosferindeki oksijen konsantrasyonunun, linyitin oksijence zengin ve oksi yanmasına olan etkisi deneysel ve numerik olarak incelenmiştir. Oksijen konsantrasyonu %21 ile %28 arasında tutulmuştur. Oksi yanma testleri ve simülasyonlarında, baca gazı geri döndürme oranı 0.72 ile 0.63 arasında değişmektedir.Deneysel çalışmalarda, oksijen fazlalık katsayısı sabit tutularak; yakıcı girişindeki oksijen konsantrasyonunun basınç, sıcaklık, emisyonlar ve yanma verimi üzerine etkisi araştırılmıştır. Oksijen oranının artışı ile yakıcıdaki sıcaklıklar artış göstermiştir. CO2 emisyonları beklendiği üzere oksi yanma deneylerinde büyük oranda artmıştır. Oksi yanma şartlarında, CO, NO, N2O ve SO2 emisyonlarının birim enerji başına kütlesel konsantrasyonlarının havayla ve oksijence zengin yanmaya göre önemli ölçüde düştüğü görülmüştür. Oksijen konsantrasyonunun artışı NO ve SO2 emisyonlarını arttırırken, CO ve N2O emisyonlarını azaltmıştır. Yüksek oksijen oranı her iki yanma atmosferi için yanma verimini iyileştirirken; aynı oksijen derişiminde benzer yanma verimleri elde edilmiştir.Modelleme ve simülasyon çalışmaları kapsamında; soğuk akış, oksijence zengin yanma ve oksi yanma simülasyonlarının yapılabilmesi için Eulerian-Lagrangian yaklaşımına dayanan üç boyutlu model geliştirilmiştir. Soğuk akış simülasyonlarında, sürükleme modelinin ve statik yatak yüksekliğinin akış hidrodinamiği (basınç ve hız profilleri, parçacık kosantrasyonu) üzerine etkisi incelenmiştir. Wen-Yu/Ergun ve Energy minimization multi-scale (EMMS) modelleri sürüklenme kuvvetinin akış üzerindeki etkisini incelemek için seçilmiştir. Statik yatak yüksekliğinin artışıyla, basınç düşüşü ve parçacık yoğunluğu artmıştır. Parçacık hızlarında büyük bir değişiklik gözlemlenmemiştir. Her iki modelde de simülasyon sonuçları deneysel datalarla oldukça uyumlu bulunmuştur. Wen-Yu/Ergun modeli yataktaki basıncın düşüş trendini daha iyi tahmin ederken; EMMS modeli sayısal olarak daha yakın sonuçlar vermiştir. Parçacık konsantrasyonları ve hızları incelendiğinde; her iki modelin de tipik core-annulus akışviiyapısını yakaladığı görülmüştür. Ayrıca, parçacık boyut dağılımının parçacık hacimsel yoğunluğuna ve hızına olan etkisi de incelenmiştir.Reaktif oksijence zengin ve oksi yanma simülasyonlarında; tahmin edilen basınç, sıcaklık ve emisyon dataları deneysel datalarla doğrulanmış ve uyumlu bulunmuştur. Ayrıca, yakıcıdaki gaz konsantrasyonlarının dağılımı ve akış hidrodinamiği de numerik olarak incelenmiştir. Oksijen derişiminin % 21’den % 28’ e artmasıyla, yakıcı içindeki sıcaklıklar iki farklı atmosfer için de artmıştır. Bu artış yakıcıdaki gaz viskozitesini arttırmış ve bunun sonucunda yüksek oksijen konsantrasyonlarında yüksek basınç düşüşleri görülmüştür. CO emisyonu hariç tüm emisyonlar oksijen derişiminin artışıyla artmıştır. Core-annulus akış yapısı reaktif deneylerde de gözlemlenmiştir. Tüm durumlarda duvar bölgesinde parçacık konsantrasyonları yüksek olurken; core bölgesinde en düşüktür. Parçacık hızları core bölgesinde yukarı yönlü ve maksimumken; duvar bölgesinde çok daha düşük hatta bazı durumlarda negatiftir.Deneysel ve numerik çalışmalar sonucunda; düşük emisyon değerleri ve yüksek yanma verimi ile Oksi yanmanın faydalı bir CO2 tutma teknolojisi seçeneği olduğu düşünülmektedir.--------------------Oxygen-enriched and oxy-combustion appear as promising options for CO2 capture. In this study, influence of oxygen concentration in the inlet oxidant on lignite oxygen-enriched and oxy-combustion has been experimentally and numerically investigated in a 30 kWth circulating fluidized bed reactor (CFB). Oxygen concentrations range from 21% to 28% for both cases while recycled flue gas (RFG) ratios vary between 0.72 and 0.63 in the oxy-combustion case.In the experiments, the influence of oxygen concentration in the combustion atmosphere on temperature, gaseous emissions and carbon based combustion efficiency were investigated by keeping excess oxygen ratio constant at 1.45 for both atmospheres. Temperatures in the combustor increase with increasing O2 concentration. CO2 emissions are much higher in O2/RFG combustion. CO and N2O emissions decrease with O2 enrichment while NO and SO2 emissions are promoted for both modes. Under O2/RFG mode CO, NO, N2O and SO2 mass concentrations (mg/MJ) are lower compared to O2/N2 mode. Higher oxygen concentrations increase combustion efficiencies for both cases. Similar O2 concentrations result in similar combustion efficiencies.A 3-D model based on Eulerian-Lagrangian approach was developed for simulation of the CFB system under cold flow, oxygen-enriched and oxy-combustion conditions. In the cold flow simulations, the influences of bed inventory and drag model on flow hydrodynamics were investigated considering pressure and velocity profiles and particle concentration. Two advanced drag models, namely Energy minimization multi-scale (EMMS) and Wen-Yu/Ergun were selected for this study. With increasing bed inventory pressure drops and solid concentration increase. The axial particle velocities slightly change with bed inventory. The comparison of simulation results with experimental measurements resulted in good agreement with both models. Wen-Yu/Ergun model has better predicted qualitatively the correct decreasing pressure trend. However, the EMMS based drag model shows better prediction in the pressure distribution of the CFB riser quantitatively. The profiles of particle volume fraction and axial velocity demonstrate that the core-annulus flow pattern was captured by both models. The influence of particle sizeixdistribution on particle volume fraction and particle velocity profiles is also investigated with two drag models.In the reactive oxygen-enriched and oxy-combustion simulations, the predicted results of gas emissions, pressure and temperature profiles along the combustor were validated with experimental results for each case. A good agreement between the predicted and measured data was achieved regarding gas emissions, pressure and temperature distributions along the combustor. Moreover, the quantitative flue gas distributions and the hydrodynamics of the CFB system are examined in terms of radial velocity and particle concentration distributions. As O2 concentration in the inlet oxidant increases from 21% to 28%, temperature levels in the combustor increase for both atmospheres. Thus, it results in increase of viscosity of inlet gas leading to higher pressure drops at higher O2 concentrations. CO2 is much greater in O2/RFG combustion mode compared to O2/N2 mode as expected. All gas emissions increase with oxygen enrichment except for CO under both O2/N2 and O2/RFG cases. Typical core-annulus flow structure is captured well. The highest particle concentrations are observed near the walls and the lowest at the core region for all O2 concentrations. Particle velocities are upward and maximum at the core region while lower or even negative particle velocities are predicted near the wall region.Oxy-combustion results are considered as the most favorable option for CO2 capture along with the competitive combustion efficiencies and less emissions per unit energy.

Günümüzde günden güne artan enerji talepleri dünyadaki enerji kaynaklarının tükenme riskini ve küresel ısınmayı beraberinde getirmektedir. Tüketilen toplam enerjinin yaklaşık %40’ı binalarda ve hizmet sektöründe harcanmaktadır [1]. Türkiye’de son on sene içinde binalarda ve hizmet sektöründe harcanan enerji miktarı 23.172 kGW’dan 36.013 kGW’a yükselerek bir buçuk katının üzerine çıkmıştır [2]. Devamlı artan bu enerji talebi karşısında en etkin çözümler, enerji verimliliği daha yüksek sistemler kullanmak ve yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmak olacaktır.Bu çalışmada, İstanbul’da bulunan örnek bir otel binası seçilerek, üç ayrı HVAC sistemlerinin ekonomik ve enerji tüketimi açısından karşılaştırılması yapılmıştır. Bu sistemler: A) VRF+Kazan, B) Chiller+Kazan, C) Absorsiyonlu Isı Pompalarıdır. Çalışmada sırasıyla, ilgili standartlara göre ısı yalıtımı ve taze hava değişimleri hesaplandıktan sonra, Carrier HAP bilgisayar programı yardımı ile cihaz boyutları belirlenmiştir. Daha sonra, üretici kataloglarından cihaz seçimleri yapılmış ve model bina üzerinde yıllık simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Proje mimarisi üzerinde üç ayrı sistemin çizimi ve dizaynı yapılarak mekanik projelerin keşif listeleri ve maliyetleri çıkartılmıştır.Ekonomik açıdan değerlendirildiğinde, Sistem B en ucuz ve Sistem C en pahalı kurulum maliyetine sahip olduğu görülmüştür. İşletme giderlerinde ise en yüksek olanı Sistem A, en uygunu Sistem C olmuştur. Bugünkü değer yöntemi (BDY) ile tesisat ömrü boyunca nakit akışı hesabı yapılmıştır. Çıkan sonuçlarda, Sistem C’nin kurulumunun en pahalısı olmasına rağmen, yedinci seneden sonra Sistem A’ya göre daha ucuz sistem konumuna geleceği görülmüştür.İncelenen sistemlerin birincil enerji tüketimi ve emisyon değerleri de hesaplanmıştır. Yıllık salgılanan eşdeğer karbondioksit (CO2) miktarları incelendiğinde, Sistem A ve B’nin birbirine çok yakın, Sistem C’nin sonuçlarının ise diğerlerine göre önemli ölçüde azaldığı, kullanılması durumunda 0,06 CO2 kg/kWh tasarruf edileceği görülmüştür.--------------------Nowadays the increasing of energy demands day by day, causes the risk of depletion of energy resources and global warming in the world. Approximately 40% of the total energy is consumed by buildings and service sectors [1]. In Turkey, through the last ten years the amount of energy in buildings and service sectors consumption has reached one and half times, increased from 23.172 kGW to 36.013 kGW [2]. The most effective solutions against to this constantly increasing energy demand is to apply of higher energy efficient systems and to benefit from renewable energy sources.In this study, by selecting a sample hotel building in Istanbul, three different HVAC systems are compared in terms of economical aspect and energy consumption. These systems are: A) VRF+Boiler, B) Chiller+Boiler, C) Absorption heat pumps based HVAC systems. After calculating of heat insulation and fresh air changes according to the related standards, device dimensions are determined by means of Carrier HAP computer program. Then, device selection part is performed by means of from manufacturer catalogs and annual simulation is carried out for model building. By drawing and designing of three different systems on the architectural project, bills of quantity lists of mechanical projects and costs are calculated.From the economic perspective, System B is found as the cheapest system and System C the most expensive one to install. In operating expenses, the most expensive one is System A and the most affordable System C. With the present value method (NPV), cash flow calculations are calculated throughout the life of installation. In the results, it is seen that although the installation of System C is the most expensive one, it is been more profitable than System A within seven years.Primary energy consumption of the analyzed systems and emissions are also presented. In terms of annual amount of equivalent carbon dioxide (CO2) emission, System A and B are very close to each other, but in System C, significantly decreases with regard to the others systems and 0.06 CO2 kg/kWh saving is determined.

Pirinç alaşımları, diğer malzemeler gibi, korozyonun kaçınılmaz etkisi altındadır. CW625N (CuZn35Pb1) alaşımına kurşunsuz alaşım denir, çünkü bileşiminde maksimum 1,6 Pb içerir. CW625N Sıcak dövme için uygun kurşunsuz pirinç alaşımı, dünya için yeni bir alaşım türüdür.Şehir su hatları, doğalgaz kazan tesisatları, armatürler, termik ve nükleer enerji santrallerinin soğutma hatları gibi alanlarda korozyonun önlenmesi önemli olan pirinç malzemelerin kullanıldığı alanlardır. Sıcak şekillendirme için uygun CW625N (CuZn35Pb1) pirinç alaşımı dünya için yeni bir alaşım türüdür. Geleneksel imalat yönteminde alaşım istenilen compozisyon değerlerinde elde edilmesinden sonra; sıcak dövme ile parçalara istenilen geometrik şekil verilir ve ardından parçalar sakin havada soğutulur. Soğuyan ürünler için son ürün formunu verebilmek için talaşlı işlem uygulanır. Ara aşamada, dövme işleminden sonra alaşımın çinkosuzlaşma direncini arttırmak amacıyla ısıl işlem uygulanır. Ancak bu uygulama çok pahalıdır ve üretim sürecini de oldukça yavaşlatır.Bu çalışmada; yeni bir alaşım tipi CW625N için geleneksel üretim yöntemi kullanmak yerine alternatif bir üretim süreci bulmak amaçlandı. Sıcak dövme ile şekillendirmeye uygun olan bu yeni alaşım için tez kapsamında; üç dövme basıncı (70-80 ve 90Bar) ve üç dövme sıcaklığı (750-765 ve 780°C) altında test parçalarına geometrik şekilleri için sıcak dövme uygulandı. Test numuneleri için dövme sonrası uygulanmak üzere üç tip soğutma yöntemi (sakin havada soğutma, fan ile soğutma ve suda soğutma) belirlendi ve uygulandı. Test parçalarına farklı dövme ve farklı soğutma uygulamalar sonucunda; sakin havada soğutulan ısıl işlem uygulanan grup, sakin havada soğutulan ısıl işlem uygulanmayan grup, fan soğutulan ve ısıl işlem uygulanmayan grup, su ile soğutulan ve ısıl işlem uygulanmayan grup olarak toplamda 4 ana grup oluşturuldu. Her bir parametre uygulaması için üç test parçası yani toplamda 108 adet test numunesi üretildi. Her bir parametre için; numunelerin zamana bağlı soğutma eğrileri, her bir numunenin kimyasal bileşim değerleri, yüzey sertlik değerleri, mikroyapı görüntüleri, mikroyapı içerisindeki tane büyüklük değerleri, çinkosuzlaşma (dezincification) dirençlerine, beta tane büyüklüklerine, beta faz oranlarına, talaşlı imalat aşamasında matkap ile delme işlemi uygulaması ile oluşan delme kuvvetleri, talaş yapıları ve işlenen yüzeye ait pürüzlülük değerleri elde edildi ve incelendi. Bu 4 gruba ek olarak, işlenebilirlik testinden sonra başka bir grup daha eklenmiştir. Isıl işlem grubu için dezinsifikasyon testi sonuçları incelendiğinde; standart kapsamı dışında 11 test numunesi tespit edildi. Bu sebeple çalışmada yeni bir grup oluşturuldu. Çinkosuzlaşma direncini sağlamak için 11 parçaya ikinci kez ısıl işlem uygulandı. Bu yeni gruba 2 kez ısıl işlem uygulanan grup adı verildi. Bu numuneler üzerinde yüzey sertlik ölçümü, mikroyapı incelemesi, çinkosuzlaşma testleri ve işlenebilirlik deneyleri tekrar yapılmıştır. Elde edilen tüm veriler tek tek incelendi.Bu yeni alaşım üzerinde üç önemli konu vardır. Bunlar; optimum dövme parametresini belirlemek, dezinfikasyon direncinin yüksek olmasını (istenen satandart kapsamında elde edilmesi) sağlamak ve alaşımın iyi işlenebilir olmasını sağlamaktır. Bu doğrultuda; yapılan tüm testlerin değerlendirilmesi neticesinde iki ana prosesin tüm sonuçları direk ve en çok etkilediği saptandı. Bunlar; sıcak dövme ile şekillendirilen alaşımın soğutulma yöntemi ve ısıl işlem prosesidir.Isıl işlem pahalı ve nihai ürün için üretim sürecini uzatan bir prosestir. Geleneksel yöntem olan dövme sonrası şekillendirilen ürünlerin sakin havada soğutulması ve sonrasında ısıl işlem uygulaması ile istenen standartlar kapsamında dezinsifikasyon dirençleri elde edilmesi mümkün olmaktadır. Bu çalışmada; sakin havada soğutulan ürünler 2 grup altında incelenmiştir ve sadece bir gruba ısıl işlem uygulanmıştır. Böylelikle farklı sıcaklık ve farklı basınç parametreleri ile oluşturulan 4 grup (her bir grup içerisinde 27 adet test numunesi yer almaktadır) arasında kıyaslamalar ve somut bulgular elde edilmiştir. Sakin havada soğuyan numunelere ısıl işlem uygulanmayan grup içerisinde hangi parametre de şekillendirilmesine (dövülmesine) bağlı olmadan dezinsifikasyon standartı kapsamı dışında kalmıştır. Isıl işlem prosesi ile alaşım içerisindeki dezinfikasyon direnci azaltıcı beta fazını düşürme etkisiyle standart içerisinde kalınmış olup, bu prosesin alaşım üzerindeki direk etkisi saptanmıştır.Alaşımlar içerisinde kurşun miktarı ne kadar yürksek olursa, alaşım o kadar iyi işlenir. Çalışmada kullanılan alaşım adından da anlaşıldığı gibi kurşunsuz bir alaşımdır yani alaşım içerisindeki kurşun miktarı azaltılmış olup standart gereği %1,6 sınırlandırılmıştır. Bu durum; işlenebilirliği direk etkileyen unsurdur. İşlenebilirlik deneyi sonuçları incelendiğinde; ısıl işlem uygulanmayan 3 gruptan biri olan fan ile soğutulan numunelerde istenilen sonuçlar elde edilmiştir. Isıl işlem uygulanan grup numuneleri ile fan ile soğutulan grubun numunelerine ait sonuçlar kıyaslandığında ise talaş yapılarının benzer olduğu görülmüştür. Ancak dezinsifikasyon test sonucuna göre 5. grup oluşturulan ve ikinci kez ısıl işlem uygulanan grubun işlenebilirlik sonuçları (talaş yapısı) istenen yapıda olmamıştır. Sakin havada soğutulan ve bir kez ısıl işlem uygulan grup ile fanla soğutulan grup işlenebilirlik açısından uygunluğu tespit edilmiştir.Tez çalışmasında; geleneksel bir deneysel çalışma yani farklı parametreler sebebiyle toplamda 108 adet test numunesi üzerinde tek tek çalışmalar yapıldı. Her bir deneyde elde edilen bulgular tek tek incelendi. Tüm bu çalışmalara ilaveten taguchi deney tasarımı ve annova varyans analizi uygulandı. Bu istatistiksel analizler sonucu elde edilen bulgular geleneksel çalışma ile elde edilen bulgularla kıyaslandı. Her iki deneysel metot ile yapılan çalışmalar neticesinde bulguların amaçlanan hedefe ulaşıldığı tespit edildi. En iyi dövme parametresi belirlenmiştir. Alaşımda istenilen çinkosuzlaşma direnç değerlerine ve iyi işlenebilirlik sonuçlarına ulaşılmıştır. Yukarıdaki tüm sonuçlara ek olarak, bu çalışmanın en önemli sonucu; geleneksel üretim yöntemi yerine düşük maliyetli alternatif bir yöntem keşfedilmiştir. Gerek dezinsifikasyon test sonuçları gerekse işlenebilirlik test sonuçları incelendiğinde; dövme ile şekillendirilme işlemi sonrası; ürünlerin sakin havada soğutulup ısıl işlem uygulanması (geleneksel yöntem) prosesleri yerine, alaşım ürünlerinin fan ile soğutulması işlemi alternatif bir metot olarak bulunmuştur.--------------------Brass alloys, like other materials, are under the inevitable effect of corrosion. The CW625N (CuZn35Pb1) alloy is called a lead-free alloy because it contains a maximum of 1.6 Pb in its composition. CW625N Lead-free brass alloy, suitable for hot forging, is a new alloy type for the world.Brass materials are using of at the most important areas, which such as city water lines, natural gas boiler installations, armatures, cooling lines of thermal and nuclear power plants. For the all these areas prevention of corrosion is the most important. CW625N (CuZn35Pb1) brass alloy suitable for hot forming is a new type of alloy for the world. In the traditional manufacturing method, after the alloy is obtained at the desired composition values; With hot forging, the parts are given the desired geometric shape and then the parts are cooled in calm air. Machining process is applied to give the final product form for the cooled products. In the intermediate stage, after the forging process, heat treatment is applied to increase the dezincification resistance of the alloy. However, this application is very expensive and also slows down the production process.In this study; it is aimed to find an alternative manufacturing process instead of using the traditional method for a new alloy type CW625N. Three types of cooling methods (cooling in calm air, cooling with fan and cooling in water) were applied for hot forged samples manufactured under the conditions of the three forging pressure (70-80 and 90 Bar) and the three forging temperature (750-765 and 780°C). Three types of cooling methods (calm air cooling, fan cooling and water cooling) were determined and applied for the test samples to be applied after the forging. As a result of different forging and different cooling applications to test pieces; A total of 4 main groups were formed as calm air cooled heat treated group, calm air cooled non heat treated group, fan cooled and non heat treated group, water cooled and non heat treated group. Three test pieces, ie 108 test samples in total, were produced for each parameter application. For each parameter; time-dependent cooling curves of the samples, chemical composition values of each sample, surface hardness values, microstructure images, grain size values in the microstructure, dezincification resistances, beta grain sizes, beta phase ratios, drilling application in the machining stage drilling forces, chip structures and roughness values of the treated surface obtained and examined. In addition to these 4 groups, another group was added after the machinability test. When the dezincification test results are examined for the heat treatment group; out of the standard scope, 11 test samples were detected. For this reason, a new group was created in the study. To ensure dezincification resistance, 11 parts were heat treated for the second time. This new group was given the name of the group, which was heat treated twice. Surface hardness measurement, microstructure examination, dezincification tests and machinability tests were repeated on these samples. All data obtained were examined one by one.There are three important issues on this new alloy. These; to determine the optimum forging parameter, to ensure high dezincification resistance (to be achieved under the desired standard) and to ensure that the alloy is well machinable. In this direction; as a result of the evaluation of all the tests performed, it was found that the two main processes directly and the most affected all the results. These; the method of cooling and heat treatment of the alloy formed by hot forging.Heat treatment is expensive and extends the production process for the final product. it is possible to obtain dezincification resistances within the scope of the required standards by cooling the products formed after forging, which is the traditional method, in calm air and subsequent heat treatment. In this study; products cooled in calm air were examined under 2 groups and only one group was heat treated. thus, comparisons and concrete findings were obtained between 4 groups (27 test samples in each group) formed with different temperature and pressure parameters.The samples which were cooled in calm air were not covered by the dezincification standard, regardless of which parameter was formed (forged) in the group without heat treatment. With the effect of reducing the dezincification resistance reducing beta phase in the alloy by the heat treatment process, the standard effect of this process on the alloy was determined.The higher the amount of lead in the alloys, the better the alloy is processed. As the name of the alloy used in the study is a lead-free alloy, as the name calls, the amount of lead in the alloy is reduced and the standard requirement is limited to 1.6%. This situation; directly affect the machinability. When the machinability test results are examined; The desired results were obtained in the samples cooled by fan which is one of the 3 groups without heat treatment. When the results of heat treated group samples and fan cooled group samples were compared, chip structures were similar. However, according to the results of the dezincification test, the machinability results (chip structure) of the group that formed the 5th group and the second times heat treated group are not in the desired structure. The suitability of the air cooled and one time heat treated group and the fan cooled group are found to be suitable for machinability.In the thesis study; Because of a traditional experimental study, i.e. different parameters, individual studies were carried out on 108 test samples in total. The findings obtained in each experiment were examined one by one. In addition to all these studies, taguchi experiment design and annova variance analysis were applied. The findings obtained from these statistical analyzes were compared with the findings obtained from the traditional study. As a result of the studies carried out with both experimental methods, it was determined that the findings reached the intended target. The best forging parameter has been determined. The desired dezincification resistance values and good machinability results have been achieved in the alloy.In addition to all the above results, the most important result of this study; A low-cost alternative method was discovered instead of the traditional production method. When both the dezincification test results and machinability test results were examined, it is found that; instead of cooling the products in calm air and applying heat treatment (conventional method), cooling of alloy products with fan has been found as an alternative method.

CI dizel motorların yüzyıllık geçmişi olmasına rağmen, araştırmacılar motor geliştirmeyi bugüne kadar halen sürdürmektedir. Araştırmacılar, azalan fosil yakıt kaynakları ve katı emisyon kuralları sebebiyle geliştirmelerini hızlandırmaktadırlar. Bu sebeple, üç ana stratejik görevler ; Optimum yakıt tüketimi, Düşük gaz emisyonları, ve Yüksek motor performansı hedef alınmaktadır.Yukarıdaki hedefleri deneysel ve hesaplamalı yöntemlerle ulaşılabilir. İçten yanmalı motorun bilgisayarlı modelleme işlemleri, deneysel çalışmalara nazaran, genişletilmiş parametrik çalışmalarda daha kullanışlıdır.Bu çalışmada endirekt injeksiyon (IDI) sistemine sahip 16 silindir V tipi 16PA4-185 motorun performansı çalışılacaktır. Belirli bir geometride, enjeksiyon karakteristiklerinde ve yakıt özelliklerinde, motor modeli oluşturulacak ve bütün tipik motor performans parametreleri elde edilecektir.Motorun oluşturulmasındaki değişkenler üretici tarafından verilecektir. Ancak bazı parametreler, tez danışmaının isteği üzerine varsayımsal olarak alınacaktır. Motorun numerik simülasyon modeli, iş istasyonuna uyumlu bir ağ çözümü ile oluşturulacak, dolayısıyla işlemsel maliyete karşın model çıktısının doğruluğu optimize edilecektir.Birçok durum çalışması, bazı motor parametrelerini değiştirerek, sonuca ve karşılaştırmaya varmak amaçlı dikkate. alınacaktır ve ön yanma odasına ve diğer enjeksiyon profil verilerine bağlı önermeler oluşturulacaktır.--------------------Although compression ignition (CI) diesel engines were discovered a century ago, researchers continue to contribute in engine development till date as they are motivated by the continuous depletion of hydrocarbon fossil fuel resources and by the stringer government environmental regulations. Therefore, three strategic objectives were always targeted: optimal fuel economy, reduced gas emissions, and outstanding engine performance.Above objectives can be achieved by combination of advanced experimental and computational studies. The modelling of internal combustion engines has an absolute advantage over the experimental approach. Engine modelling is useful to carry out extensive parametric studies that allow for optimization of engine variables. In addition, modelling cost less and consume shorter time than experimentation. Nevertheless, experimentation is essential to fine-tone the design and validate the proposed model results.This paper studying the performance of CI engine that utilizes indirect diesel injection (IDI) on heavy duty locomotive 16-cylinders V-type engine model number 16 PA 4 – 185, by utilizing a commercial numerical simulation software.For a given geometry, injection characteristics, and fuel properties, the engine model will be developed and all typical engine performance parameters will be evaluated. Traditionally, the torque, power and specific fuel consumption of the engine will be obtained. These curves represent the benchmark for comparison with any other results that will be obtained after changing some of the model parameters.The engine variables that required to establish the model will be adopted from the engine specification provided by the manufacturer. However, some parameters will be approximated using available data from literature or common internal combustion engine engineering sense.The numerical simulation model will be constructed with specification (i.e. mesh resolution) suitable for the workstation to be utilized and in a manner that will optimize the computational cost versus the accuracy of the model output.

Yapılan çalışma, 1000-1500 HP güç aralığındaki bir V-12 kısa stroklu motorun konseptüel tasarımıdır. Bütün bir motorun tasarımı büyük bir grup çalışması ve zaman gerektirdiğinden, bu çalışmada 1 boyutlu performans analizi üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu çalışmadaki motor, yüksek devir gerektiren tank ve benzeri araçlarda kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Savunma araçlarında performans ve yakıt tüketimi değerleri önemli olduğundan, emisyonlar ihmal edilmiştir.Bu çalışmada, istenen parametreler bilinmekte, bu parametreler V-12 tipinde tasarım ve 1000-1500 arası güçtedir. 30 litre hacminde bir motor tasarlanmaya karar verilmiştir. Çap, strok ve sıkıştırma oranları, maksimum devirde, 13 m/s'lik piston ortalama hızını geçmeyecek şekilde seçilmiştir. Bu sayede, yüksek hızdan dolayı artacak olan eylemsizlik kuvvetleri azaltılmıştır. Temel ölçüler belirlendikten sonra, sıfır boyutlu termodinamik bir model Matlab programında oluşturularak basit çıktılar elde edilmiştir. Sıfır boyutlu model çözüldükten sonra, bir boyutlu modelin tasarımına GT-Suite programında başlanmıştır. Temel ölçüler programa girilmiştir ve ilk emme ve egzoz manifold geometrileri oluşturulmuştur. Manifoldlardan sonra portlar ve valfler 3 boyutlu olarak SolidWorks programında modellenmiştir. 3 boyutlu modeller ile Ansys Fluent ICE modülüne port flow simülasyonu yapılmıştır ve elde edilen hava geçirgenlik katsayıları GT-Suite programına girilmiştir. Matlab programında, istenen zamanlamada ve açılmada ayarlanabilecek durumda sikloidal kam profili kodu oluşturulmuş ve GT-Suite programına, uygun bir valf profili girilmiştir. Enjeksiyon zamanlaması ve süresi, ateşleme sıraları denenmiş ve seçilmiştir. Simülasyon, geometride bazı modifikasyonlar yapılarak birden fazla kez çalıştırılmıştır. Böylelikle istenen güç aralığı elde edilmiştir. Son simülasyon sonuçlarında 2750 RPM'de 1331 HP gücü ve 239 g/kW.h yakıt tüketimi değerleri elde edilmiş, maksimum torkun 1250 RPM devrinde, 3808 N.m'dir ve özgül yakıt tüketimi 216 g/kW.h değerinde olduğu görülmüştür. This work is about a conceptual design of a V-12 1000-1500 horsepower (HP) oversquare engine. Because of designing a whole engine requires a big group and time, this work is going to be about 1-D performance analysis of the engine. This engine is specifically designed for high RPM uses such as tanks. Since the performance and fuel consumption effects are more important in tanks, emissions are disregarded.In this work, the requirements are known, which is a V-12 30 liter engine with 1000-1500 preferred horsepower range. Bore, stroke and compression ratios are selected without exceeding piston velocity of 13 m/s at highest RPM, because of increased inertial forces. Then an initial zero dimensional model is created in Matlab to see the basic outputs. After the zero dimensional model is evaluated, one dimensional modeling has started in GT-Suite program. The initial intake and exhaust manifold geometries are created. Then, ports and valves are designed and 3-D drawings were performed in SolidWorks. 3-D drawings are imported into the Ansys Fluent ICE module to simulate port flow. The outputs are obtained and discharge coefficients for valves and ports are imported to GT-Suite. A cycloidal cam profile script is created in Matlab and imported to GT-Suite. The injection timing and durations are adjusted, firing orders are selected. The simulation has run and with some modifications and adjustments in the geometries, the power range of the simulated engine met the requirements needed. The final simulation output is 1331 HP and brake specific fuel consumption is 239 g/kW.h @ 2750 RPM. Maximum torque is 3808 N.m and brake specific fuel consumption is 216 g/kW.h @ 1250 RPM. 119

ÖZETAKUSTOFOREZ TABANLI MİKROAKIŞKAN SİSTEMİ KULLANARAK BÜYÜKLÜĞE GÖRE MİKROPARÇACIK AYRIŞTIRILMASI Dolaşımdaki tümör hücrelerinin (CTC) ayrıştırılması, metastaz kanser ölümlerinin önde gelen nedeni olduğundan, teşhis ve tedavi amaçlı çok önemlidir. CTC' leri saflaştırmak için literatürde birçok ayrıştırma yöntemleri mevcuttur. Çalışmada, yeni bir akustoforez tabanlı mikroakışkan sistemi kullanarak büyüklüğe göre mikroparçacık ayrıştırılması amaçlanmaktadır. Ayrıştırma hızı ve hassasiyeti, optimize edilmiş F-IDT yapısı kullanılarak yapılmıştır. Sistem simülasyon çalışmaları ile test edilmiş ve tasarım optimize edilmiştir. Biyosensör üretim çalışmaları ve karakterizasyon sonuçları da sunulmuştur.Etiketsiz aktif ayırma sistemleri dört ana metoda sahiptir: elektrokinetik, optik, acoustophoresis ve manyetoforez. Manyetoforez veya elektrokinetik, partikülü manyetik veya elektriksel özelliklerine göre ayırırken, acoustophoresis parçacık haciminden veya yoğunluğundan yararlanır. CTC' lerin karakteristik bir hacim ve şekilleri olduğundan aktif sistem olarak akostoforez kullanılmıştır. Odaklanmış IDT elektrotları odak alanı etrafındaki düğümleri oluşturmak için sabit bir dalga oluşturur. F-IDT yapısı sistemin güç ihtiyacını azaltır ve parçacıkların ayrıştırılma hızını arttırır. Simülasyonlarda kullanılan yapı parçacık davranışını gözlemlemek için 1 düğüme sahiptir. Sistem yapısı COMSOL 5.3 çoklu fiziksel sistemi kullanılarak simüle edilmiştir. Akustoforez bazlı ayırıştırma sistemi modeli optimize edilmiş tasarım parametrelerine göre inşa edilmiştir. Kanal, bir PDMS kanal duvarı ve içeri akan sıvı olarak simüle edilir. SAW açıldıktan sonra partikül hizalama süresinin 5 saniye olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle, genel sistemin ayırma kabiliyeti sayısal simülasyonlarla gösterilmiştir.Ayrıca, aktif sistemin imalatı ve elektriksel karakterizasyonu da yapılmıştır. Sonuçlar, çalışma frekansının beklendiği gibi 15.02 MHz ve yaklaşık 20 dB yanıtın gözlendiğini göstermektedir. F-IDT yapıları, 200 nm krom katmanı ile kaplanmış bir LiNb03 levha üzerine uygulanan litografi işlemi kullanılarak oluşturulmuştur. Mikrokanal, SU-8 kalıplama yoluyla PDMS malzemeden üretilmiştir. PDMS mikrokanal, plazma temizleyici kullanılarak kuvars levha bağlanmıştır. Kanal genişliği yükseklik 125 m x 62.5 mm' dir.--------------------ABSTRACTSIZE BASED MICRO PARTICLE SEPARATION USING A NOVEL ACOUSTOPHORESIS BASED MICROFLUIDIC SYSTEMSeparation of circulating tumor cells (CTCs) is crucial for diagnosis and therapeutic purposes since metastasis is leading cause of cancer-deaths. Many separation methods are proposed in the literature to purify the CTCs. The study purposes a novel size based micro particle separation using a novel acoustophoresis based microfluidic system. The separation speed and sensitivity are optimized using the optimized F-IDT structure. The system is tested through simulation studies and the design is optimized. The simulation studies and the results are reported in the study. The fabrication study and characterization results are also presented by the study. Label free active separation systems has four main methods, electrokinetics, optics, acoustophoresis and magnetophoresis. Magnetophoresis or electrokinetics separates the particle according to its magnetic or electrical properties while acoustophoresis uses volume or density. Acoustophoresis was used as the active system since volume and the shape are the characteristic property of the CTCs. Focused IDT electrodes generates a standing wave to create the nodes around the focal area. F-IDT structure decreases the power requirement of the system and increases the speed of the separation. The structure used in the simulations has 1 node to observe the particle behavior. The system structure is simulated using COMSOL 5.3 Multiphysics. Acoustophoresis based separation system model is built according to the optimized design parameters. The channel is simulated as a PDMS channel wall and fluid flowing inside. It is observed that the particles alignment duration is 5 secs after SAW is on. Therefore, the separation capability of the overall system is demonstrated through numerical simulations. The fabrication of the active system and the electrical characterization is performed. The results show that, the operating frequency is 15.02 MHz as expected, and about 20 dB response is observed. The F-IDT structures are created using the lithography process applied on a LiNbO3 wafer coated by 200 nm of chromium layer. The microchannel was fabricated out of PDMS by SU-8 molding. The PDMS microchannel was bonded to the quartz wafer using plasma cleaner. Channel widthheight is 125µm x 62.5µm.

ÖZETBENZİNLİ MOTORLAR İÇİN YÜKSEK MUKAVEMETLİPLASTİKLERDEN BİYEL KOLU TASARIMI VE İMALATIİçten yanmalı motorların yapımında kullanılan malzemeler motor komponentinegöre değişiklik göstermektedir. Motor bloğunun imalinde ana malzeme olarak çelikkullanılmakla birlikte, pistonlar, alt karter alüminyum alaşımlarından yapılmaktadır.Günümüzde alternatif malzemeler binek araçların farklı aksamlarında kullanılmayabaşlanmıştır. Bazı binek araç markaları kompozit ve alüminyum alaşımlarını araçşasisinde kullanmaktadırlar. Böylece aracın ağırlığının azaltılarak yakıt tasarrufusağlanması amaçlanmaktadır. Ancak binek araç teknolojisinde alternatif malzemelerinkullanımı statik elemanlar üzerinde yoğunlaşmaktadır. Alternatif malzeme olarakplastik kompozit kullanımı günümüzde uygun gözükmektedir. Bu çalışmayla motorundoğrudan hareketli bir aksamı üzerinde alternatif malzeme olarak plastik kompozitkullanılması amaçlanmaktadır. Bunun için biyel kolu seçilmiştir. Biyel kolu motorunçalışması esnasında doğrusal hareketi dairesel harekete çeviren bağlantıelemanlarındandır. Bu çalışmada sonlu elemanlar analizinden yardım alınarak biyelkolunun önce tasarım ve optimizasyon aşaması tamamlanmıştır. Ardından yeni tasarımauygun kalıp tasarlanmış ve plastik kompozit malzemeden numuneler imal edilipperformans testleri gerçekleştirilmiştir.--------------------ABSTRACTDESIGN AND MANUFACTURING OF A CONNECTING ROD FORGASOLINE ENGINES MADE BY HIGH PERFORMANCEPLASTICMaterials used in manufacturing of internal combustion engines differ with respectto the component. Engine blocks are produced from steel alloys, however pistons andsome other parts are produced from aluminum alloys. Nowadays, alternative materialshave been started to be used in different parts of cars. Some car manufacturers are usingaluminum alloys for producing chassis. The main aim is to reduce car weight,consequently, reduce fuel consumption. However, using alternative materials almost hasbeen used on static parts of cars up to now. As an alternative material plastic seemssuitable for today. In this study, it is aimed to use alternative materials for a moving partwhich is selected as connecting rod. The connecting rod is a linking part used to convertlinear motion to rotational motion. The steps of these works are: design andoptimization phase, FEA phase, design the mold, getting samples from the mold usingplastic material and as the last phase testing with mechanisms like engine workenvironment to check if it is suitable or not to use.

Minimal invaziv cerrahi, hasta vücudunda açılan veya doğal olarak bulunan deliklerden yerleştirilen kamera ve el aletleriyle yapılan operasyonlara verilen genel isimdir. Günümüzde gelişen teknoloji ile yaygın bir şekilde kullanılmaya başlanan robotik minimal invaziv cerrahi ise 3 boyutlu görüntü sağlayan kameralar ve robotik yardımıyla operasyonların daha hassas ve kontrollü bir şekilde gerçekleştirilmesine olanak verir. Ancak, günümüzde kullanılan robotik cerrahi sistemlerine bakıldığında insan elinin hareketlerini vücut içerisinde gerçekleştirebilen ve aynı zamanda cerraha kuvvet iletimini gerçekleştirebilen forseps mekanizmaları bulunmamaktadır.Bahsedilen eksiklikleri gidermek için 1.5-2 cm’lik delikten geçebilen 4 serbestlik derecesine ve insan el bileğinden daha fazla hareket kapasitesine sahip bir paralel bilek mekanizması geliştirilmiştir. 360 derece roll, 90 derece pitch-yaw eksenlerinde dönme hareketi ve makas açma-kapama hareketi yapabilen bu mekanizma rijit çubuklar yardımıyla vücut dışından kontrol edilebilmektedir. Forsepsin altına yerleştirilen dönel motor sayesinde ise 360 derece roll hareketi yapılabilmektedir. Tasarımda pitch-yaw-makas hareketleri paralel mekanizma aracılığıyla özgün bir tasarım sayesinde 3 lineer motorun koordineli hareketi aracılığıyla kontrol edilmekte, roll hareketi ise mekanizma tabanına yerleştirilen bir dönel motor aracılığıyla kontrol edilmektedir.Bu tezde tasarlanan bilek mekanizmasının öncelikle kinematik modeli elde edilen kinematik denklemler kullanılarak forseps mekanizmasının çalışma uzayı belirlenmiştir ve tekillik analizi yapılmıştır.Daha sonra sistemin simülasyon ortamında dinamik modeli elde edilerek, pozisyon kontrolcüsü geliştirilmiş ve sistemin fizibilitesi gösterilmiştir. Simülasyon ortamındaki bu forseps mekanizması, ticari bir kumanda kolu olan Novint Falcon yardımıyla istenen eksenlerde dışarıdan hareket ettirilmiş ve pozisyon kontrolü sonuçları geliştirilen teorik modelin doğruluğunu göstermiştir.--------------------Minimal invasive surgery is the name given to operations performed with endoscopic cameras and instruments that can enter the patient body through small incisions or natural orifices. Robotic minimally invasive surgery, which is widely used today with developing technology, enables operations to be performed in a more precise and controlled manner with the help of cameras that provide 3-D images. However, the forceps wrist-gripper mechanisms used for robotic surgery cannot achieve the dexterous motion of the human hand and achieve force feedback to the surgeon at the same time.For that purpose, in this thesis study, a parallel wrist mechanism that has 4 degrees of freedom, is more dexterous than the human wrist and can pass through 1.5-2 cm incisions/ports has been designed to remedy the deficiencies. The proposed parallel wrist-gripper mechanism has the capability of performing 360-degree roll, 90-degree pitch, and yaw rotations as well as grasping motion. The pitch, yaw and grasping motions are controlled by the coordinated motion of three linear actuators which are extracorporeally placed, and the roll motion is achieved by a rotary motor placed beneath the parallel mechanism. In this thesis, firstly, a kinematic model of the proposed forceps mechanism is derived, and then the workspace and singularity analysis of the wrist mechanism is performed. Then a dynamic model of the system has been created in a computational simulation environment to show the feasibility of the proposed design. Finally, the dynamical forceps model developed in the simulation environment is controlled through a commercially available haptic interface, Novint Falcon. These results verify the feasibility of the proposed system and the analytical model.

Emisyon mevzuatının giderek daha katı hale gelmesi, fosil kaynaklarının azalması ve CO2 emisyonunun neden olduğu sera etkisinin artmasıyla üreticiler, motorun performansından ödün vermeden emisyon yönetmeliklerine uymanın yeni yollarını araştırıyorlar.Bu tez çalışması, 2.0 L Turboşarjlı Dizel Motorun Sayısal modelinin (Sıfır / Tek Boyutlu Model) geliştirilmesini ve daha sonra sayısal modeldeki sıkıştırma oranının değiştirilmesinin etkilerinin incelenmesini içermektedir. Bu çalışma, motorun farklı çalışma koşullarında Sıkıştırma Oranlarının etkisini belirlemede bir çerçeve sağlamıştır. Sayısal bir model üzerinde bulunan Değişken Sıkıştırma Oranı teknolojisi çalışması çok uygun maliyetli ve zaman kazandırıcı olduğunu kanıtlamış ve sayısal modellerin geliştirme aşamasında motorların farklı parametrelerini incelemek için kullanılabileceği gerçeğini doğrulamıştır.Sıkıştırma Oranındaki bir artışın ana etkisinin, beklendiği gibi olduğu, düşük motor hızı ve düşük yük bölgelerinde daha büyük bir etkiye sahip olan, Frene Özgü Yakıt Tüketiminde düşüş ve Termal Verimlilikte bir artış olduğu bulunmuştur. Değişken Sıkıştırma Oranı teknolojisinin motorda kullanılabileceğini varsayarsak, bu çalışma motor haritasının etrafındaki Sıkıştırma Oranlarının en iyi kombinasyonunu bulmuştur ve bu da motorun emisyonları ve performansı arasında en iyi dengeyi sağlamıştır. Bu çalışma, Değişken Sıkıştırma Oranı teknolojisinin, motorda uygulandığında sadece motor emisyonlarını azaltmakla kalmayıp, uzun mesafeli yolculuklarda son kullanıcı için rölanti veya seyir esnasında daha ekonomik yakıt tüketim değerlerine geçme seçeneği olarak verilebileceği gerçeğini de doğrulamaktadır.--------------------With emission legislation becoming ever more stringent, declining fossil resources and an increase in greenhouse effect caused by CO2 emissions, manufacturers are exploring new ways to match the emissions regulations without compromising on the performance of the engine.This thesis work included developing of Numerical model (Zero/One Dimensional Model) of a 2.0 L Turbocharged Diesel Engine and then study the effects of changing its compression ratio in the numerical model. This study gave a framework in determining the effect of Compression Ratios in different operational conditions of the engine. The study of Variable Compression Ratio technology on a numerical model proved to be very cost-effective, time saving and validated the fact that numerical models can be used to study different parameters of the engines during the development stage.The main effect of an increase in Compression Ratio, was found to be as expected, a decrease in Brake Specific Fuel Consumption and an increase in Thermal Efficiency with a greater impact in the low engine speed and low load regions. Assuming, that the Variable Compression Ratio technology can be utilized in the engine, this work found the best combination of Compression Ratios around the engine map, giving a best fit of trade-offs between the emissions and performance of the engine. This study also validates the fact that Variable Compression Ratio technology, if implemented in the engine could not only reduce emissions of the engine but can be given as an option to the end-user to switch to more economic fuel consumption values during idling or cruising at long distant journeys.

ÖZETV-16 AĞIR HİZMET DİZEL MOTORUNDA PİSTON YÜZEY GEOMETRİSİNİN OPTİMİZASYONUİçten yanmalı motorların termodinamik performansını iyileştirmek için geçmiş yıllardan günümüze birçok yenilik uygulanmıştır. Günümüzdeki ticari dizel motorlardan istenen yüksek performansla birlikte düşük emisyon oranları motorların tasarımını gitgide zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada direkt enjeksiyonlu sıkıştırma ateşlemeli V-16 ağır hizmet motoru üzerinde, piston yüzey geometrisi ve temel yakıt enjeksiyon parametlerini kullanarak, CFD yanma simülasyonları ve optimizasyon programı aracılığı ile motorun mevcut performansını koruyup daha düşük yakıt tüketimi sağlaması amaçlanmıştır. Bu çalışma esnasında optimizasyon programına BMEP ve PFP değerleri hedef değerler olarak tanımlandı. Optimizasyon girdisi olarak ise yakıt enjeksiyon basıncı, enjeksiyon başlangıç zamanı ve enjeksiyon süresi değerleri alt ve üst limit değerleri tanımlanarak sMOGA optimizasyon algoritmasında kullanıldı. Bu çalışma esnasında her bir CFD simülasyonun performans çıktıları ile NOx ve kurum sonuçlarıda elde edilerek optimizasyon esnasında tasarımlara ait emisyon değerinin değişimi incelenmiştir. Bu sayede optimizasyon sonucunda istenen hedef performans değerini elde etmiş birden çok piston yüzey tasarımı içinden en düşük emisyon değerine sahip olan tasarımın elde edilmesi sağlandı. --------------------ABSTRACTPISTON BOWL GEOMETRY OPTIMIZATION OVER A V-16 HEAVY DUTY DIESEL ENGİNEMany innovations have been applied from the past years to the present day in order to improve the thermodynamic performance of internal combustion engines. Today's high performance and low emission rate demands for commercial diesel engines make difficult to design engine process. In this study, it is aimed to maintaining the current performance of the engine and achieving lower fuel consumption relative to original design by using computational fluid dynamics (CFD) combustion simulations and optimization on a V-16 heavy duty direct injection compression ignition diesel engine.During this study, break mean effective pressure (BMEP) and peak firing pressure (PFP) values were defined as target values in the optimization program. As the optimization input, piston bowl geometry parameters, fuel injection pressure, start of injection time and injection duration values were used in the surrogate multi objective genetic algorithm (sMOGA) by defining lower and upper limit values.During optimization, NOx and soot results were evaluated as performance outputs of each CFD simulation and the variation of the emission values of the designs was investigated during the optimization. Thus, as a result of optimization, the design with the lowest emission value was obtained from multiple piston bowl designs which have achieved the desired target performance value.

Minimal invazif cerrahi, hasta vücuduna küçük insizyonlardan girilerek dışarıdan kontrol edilebilen özel enstrümanlarla operasyon yapılmasıdır. Robotik minimal invazif cerrahi ise cerrahlara operasyon sırasında daha fazla hassasiyet, esneklik ve kontrol kazandırmaktadır. Bu sayede, ameliyatlar daha düşük enfeksiyon riski ve hızlı taburcu imkanı ile daha kolay bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Ancak, günümüzde kullanılan cerrahi robotlarda operasyonlarda transmisyon sisteminden kaynaklı problemler yaşanmakta ve vücut içerisinde dokunma hissi cerraha iletilememektedir.Bahsedilen problemi çözmek amacıyla Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu tarafından desteklenen bir proje kapsamında 1.5-2cm’lik bir delikten geçebilen, insan bileği hareketlerini yapabilen ve vücut dışarısından rijit çubuklarla kontrol edilen 3-serbestlik-dereceli paralel bilek mekanizması tasarlanmıştır. Mekanizmanın ucuna mikro motor bağlanmasıyla makas açma-kapama hareketi ile birlikte vücut içerisinde 4-serbestlik-derecesinde bir robotik forseps elde edilmiştir. Rijit transmisyon kullanıldığından forsepse etki eden kuvvetler, tez kapsamında geliştirilen kestirim metodu ile motorlarda oluşan kuvvetlerden hesaplanabilmektedir. Ayrıca, bu forsepsin 7-eksenli robot koluna monte edilmesiyle hasta içerisinde x-y-z yönlerinde yer değiştirme, pitch-yaw-roll eksenlerinde dönüş ve tutucu ekseninde açma-kapama olmak üzere 7-serbestlik-derecesine ulaşılmaktadır.Bu tezde dinamik denklemleri bilinmeyen ve kuvvet sensörü bulunmayan herhangi bir robota dıştan etki eden kuvvet-torkların kestirimini sağlayan bir metot geliştirilmiştir. Bu metot ile forseps mekanizmasında kuvvet kestirimi ve tümör tespiti deneyleri yapılmıştır. Daha sonra, bu metot temel alınarak 7-serbestlik-dereceli cerrahi robotun kuvvet-tork ilişkileri elde edilip kuvvet kestirimi çalışmaları yapılmış ve sonuçlar her eksende sırasıyla doğrulanmıştır.Son olarak geliştirilen kestirim metodu kullanılarak, ticari Phantom Omni robotları için teleoperasyon mimarileri tasarlanmıştır. Teleoperasyon sırasında robotlara etki eden kuvvetler, kuvvet sensörü kullanılarak doğrulanmıştır ve hassas sonuçlar ile metodun işlevselliği de kanıtlanmıştır.--------------------Minimally invasive surgery is a medical procedure where the surgeon operates on a patient with special instruments that enter the body through small incisions. Compared with minimally invasive surgery, robotic minimally invasive surgery gives surgeons flexibility and more accurate control during operations. However, the surgical robots used today have problems due to their transmission and control systems and cannot transmit the sense of touch to the surgeon within the body.Within the scope of a project supported by The Scientific and Technological Research Council of Turkey, a 3-degrees-of-freedom parallel wrist mechanism that is capable of mirroring human wrist motions, and that can pass through incisions of 1.5cm has been designed to solve the stated problem. By mounting a linear motor actuated gripper on the wrist, the resulting forceps has 4-degrees-of-freedom inside the body. Due to the use of rigid transmissions, the forces acting on the forceps can be calculated from the joint motors by an estimation method developed within the scope of this thesis. By mounting the mentioned forceps on a 7-axis robotic arm, 7-degree-of-freedom motion in the body with translation in x-y-z directions, rotation in pitch-yaw-roll axes and gripping is achieved.The main contribution of this thesis is a method for force sensorless external force-torque estimation that can be implemented on any robot whose dynamic equations are not known. Force estimation and tumor detection experiments have been carried out on the developed robotic forceps using the proposed method. Then, Cartesian Space-Joint Space force transformations of the surgical robot were derived and force estimation studies were carried out on the 7-degrees-of-freedom system and the results were verified on each axis, separately.Finally, teleoperation architectures have been designed for the commercial robot Phantom Omni using the proposed method. The forces acting on the robots during teleoperation were validated with a force sensor, and the accuracy of the proposed method has been demonstrated.

Titreşim ve gürültü problemleri her zaman mühendisler için zorlu bir uğraş olmuştur. Mühendisler hala bu sorunlara çözüm bulmaya devam ediyorlar. Gemicilikte ve enerji üretiminde kullanılan büyük dizel motorları için de çözülmeyi bekleyen pek çok titreşim sorunu var.Bu çalışmanın ana amacı gemicilikte ve enerji santrallerinde kullanılan sekiz silindirli bir dizel motor için motor takozu ve motor üzerinde yer alan elektrik kabini için titreşim izolasyon elemanlari geliştirmek ve tasarlamaktır. Bunun için hem motor hem de elektrik kabininde çelik kablolu titreşim izolatörleri kullanılmıştır. İki farklı sistem için farklı parçalar tasarlanmış olsa da bu iki parça için temel titreşim teorisi geçerli olduğu için aynı tez içerisinde incelenmiştir. Bu çalışmada, öncelikle, katı cisim doğal frekansları için matematiksel hesaplamalar yapılmıştır. Elde edilen doğal frekans değerleri yalıtım elemanı seçiminde kullanılmış ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Çelik kablolu yalıtım elemanları için Vibrol, Tuusula'da temel kati cisim doğal frekans ölçümleri yapılmıştır. Daha sonra Wärtsilä, Vaasa'da motor testleri ve hidrolik sarsıcı testleri gerçekleştirilmiştir. Son olarak, elektrik kabini için geliştirilen yalıtım elemanları için Vaasa Üniversitesi titreşim laboratuvarında elektromanyetik sarsıcı ile deneyler yapılmıştır.Bu tez çalışması boyunca, çelik kablolu titreşim izolatörleri ve bu parçaların dizel motor ve elektrik kabini üzerindeki uygulaması incelendi. Bunun için karmaşık deney sonuçları incelendi ve analiz edildi. Noise and vibration problems have been always challenging for engineers in many different areas. Engineers still have these problems to solve them.The main purpose of this thesis is to develop new vibration isolators for Wärtsilä's large diesel engines and electric cabinets that are on the engines. Steel wire rope vibration isolation elements have been used to develop and design engine mounts and isolator for electric cabinet. Two different elements have been studied in this thesis project because basic vibration theory is same for both engine mount and electric cabinet isolators. In this study, firstly, mathematical model of the systems has been prepared for estimating rigid body modes. Then, experimental results have been obtained and compared the mathematical results. Basic rigid mode experiments for the wire rope elements have been conducted in Vibrol, Tuusula. Engine tests and hydraulic shaker test for the engine mounts have been performed in Wärtsilä, Vaasa. On the other hand, electromagnetic shaker tests for electric cabinet isolators have been conducted in the vibration laboratory of University of Vaasa. Throughout this thesis project, wire rope vibration isolators and their application on large diesel engines and electric cabinet was investigated. Finally, Complicated results of the experiments has been discussed. 146

BURDUR İLİNİN YENİLENEBİLİR ENERJİ YOL HARİTASININ ENERJİ SİSTEM ANALİZİ VE MODELLEMEYLE PLANLANMASI Günümüz enerji tüketim ve üretiminin geldiği boyutlar incelendiğinde, enerji tüketim ve üretimin planlanmasında sürdürülebilir bir yol haritası yardımıyla güncel ve bilimsel yöntemler kullanılarak yapılmak zorunda olunduğu rahatlıkla görülebilir. Bunun için bölgenin ihtiyaçlarını iyi analiz etmek, sektörleri bilmek ve potansiyelleri optimum şekilde kullanmak gerekir. Enerji, ekonomi ve ekoloji yaklaşımını kullanan, teknoloji bazlı inceleme yapabilen TIMES metodu, ülkelerin ve daha küçük ölçekteki yerleşim yerlerinin enerji modellemesini yapmak için uygun bir yöntem olduğunu kanıtlamıştır. Bu çalışmada örnek olarak seçilen Burdur ili için bir enerji yol haritası çıkarmak hedeflenmiştir. Yol haritasının çıkarılması için ilin üretim ve tüketim sektörleri incelenmiş ve bir referans enerji sistemi ortaya konmuştur. Çalışma 2016-2031 yılları arasını kapsamaktadır. 2016 yılını ele alan temel senaryo oluşturulup çeşitli alt senaryolar ile karşılaştırma yapılarak incelenmiştir. İlk senaryoda Türkiye’nin 2023 güneş enerjisi hedeflerinin Burdur iline indirgenmesi ve bunun sonuncunda ekonomik ve çevresel etkilerinin incelenmiştir. İkinci senaryo Burdur’un elektrik tüketiminin %10 kadarı için batarya teknolojisi ile depolama yapmanın etkilerini ortaya koymuştur. Üçüncü senaryo hayvansal atık bazlı biyogaz üretim potansiyelinin değerlendirilmesidir. Dördüncü senaryoda, konvansiyonel yakıtlar ile çalışan otomobil talebinin %10 kadarının hidrojen yakıtlı araçlar ile değiştirilmesinin ile olan etkilerini incelemiştir. Son senaryo ise Burdur ilinin tüm elektrik tüketimini yenilenebilir kaynaklardan karşılanması istendiğinde gereken ekonomik, teknoloji ve çevresel sonuçlarını ortaya konmuştur. Bu amaç için rüzgâr, biyogaz ve güneş değerlendirilmiştir.--------------------PLANNING OF THE RENEWABLE ENERGY ROADMAP BY ENERGY SYSTEM ANALYSIS AND MODELING IN BURDUR When we look up today’s energy consumption and production levels, it is obvious that the energy planning of the cities should be done by up-to-date and scientific methods with the help of sustainable road maps. To achieve this, one must analyze the needs of the cities, have sufficent information about the sectors and utilize the potential on an optimum level. The TIMES method is a proven method in order to build energy models of the countries and cities via technology rich energy, economy, ecology and engineering approach. In this thesis, Burdur province selected as example region to build an energy model and road map. To build this road map, energy production and consumption sectors are studied, and reference energy system was built. Time horizon of the study is decided to be between years 2016-2031. Base scenario was created for 2016-2031 and it was investigated by comparing with various alternative scenarios. Alternative scenarios was investigated under energy, economy and ecology subtitles. In the first scenario, year 2023 solar targets of Turkey downgraded to Burdur to see effects both economically and environmentally. 10% backup storage technology implementation is the second alternative scenario to see the economic effects. Manure based biogas implementation is the third alternative scenario that ran over the base. Fourth scenario is demand side management of 10% conventional cars by allocation with fuel cell cars. The aim of the final scenario is to see technological, economic and environmental effect of what if Burdur happens to generate all of its electricity needs from renewable sources. In this context, biogas, wind and solar potentials evaluated.

Bu tez çalışması, pulverize kömür yanması sürecinde ortaya çıkan farklı fizyokimyasal adımlar için geliştirilen matematiksel modellerin geniş bir kapsamda incelenmesini amaçlamaktadır. Matematiksel modeller, metan pilot alev destekli eksenel yönlü bir pulverize kömür jet alevinin ve metan pilot alev destekli girdaplı oksijence zenginleştirilmiş pulverize kömür alevinin, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) kullanılarak nümerik simülasyonlarıyla doğrulanmıştır. Başlangıçta kimyasal reaksiyonların olmadığı soğuk akış simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu karşılaştırmalı çalışma, parçacık (ayrık) faza ait akış hareketlerinin tahmininde çeşitli türbülans modellerinin uygulanmasının, nümerik sonuçlar üzerinde ki etkisinin incelenmesini mümkün kılmıştır. Reaksiyon içeren durumda, uçucu gazların devolatilizasyonu (salınımı) ve gaz fazında yanmasının modellenmesi irdelenerek analizler yapılmıştır. Uçucu gazlar, toplam (global) reaksiyon mekanizmasıyla tepkimeye giren tek bir gaz molekülü olarak ya da çok basamaklı kimyasal kinetiğin dikkate alındığı bir reaksiyon mekanizmasıyla tepkimeye katılan çeşitli gazlar ihtiva eden bir karışım olarak tanımlanmıştır. Literatürde yer alan devolatilizasyon modellerinin incelemesi ve karşılaştırması yapılmıştır. Kömür parçacıklarının ısınma hızının, uçucu madde salınımı başlangıç sıcaklığı ve nihai uçucu madde miktarı üzerinde etkisi incelenmiştir. Seçilen devolatilizasyon modelleri, HAD simülasyonlarında uygulanarak, sonuçlar analiz edilmiştir. Bu metodoloji iki farklı alev içinde uygulanmıştır. Kömür yanmasına ait çeşitli matematiksel alt modellerin uygulanmasıyla elde edilen sonuçlar analiz edilerek, modellerin noksanlıklarının da açığa çıkarılması amaçlanmıştır.--------------------This dissertation study aims to carry out comprehensive evaluation of the mathematical models developed for different physio-chemical steps that occur in the process of pulverized coal combustion. The models are validated by simulating a methane assisted pulverized coal axial jet flame and a methane assisted swirling oxy-coal flame by Computational Fluid Dynamics (CFD). Initially, cold flow simulations in the absence of chemical-reactions, are carried out. This comparative study made it possible to verify the performance of applying various turbulence closure models in prediction of the discrete (particle) phase flow field variables. Under reactive conditions, the emphasis has been given to modeling of the phenomena of devolatilization and combustion of the released gaseous species. The volatile gases are either defined as hypothetical single molecular gas that participates in a global-reaction mechanism, or defined as multi-species mixture participating in multi-step reaction mechanism with consideration of the chemical kinetic rates. Devolatilization models available in the literature are reviewed and evaluated. The effect of the particle heating rate on the onset of devolatilization and on final volatile yield is discussed. Selected devolatilization models are investigated with respect to their implementation in the CFD simulations. The established methodology has been tested in both pulverized coal flames. The predictions resulted from implementation of different mathematical sub-models are analyzed and assessment has been made in an attempt to address the shortcomings of the models.

Soğutma sistemleri, soğutulacak mahal sıcaklığına göre çeşitli kategorilere ayrılmaktadır. Çalışılacak sıcaklık -50°C ve -100°C arasında olduğunda, soğutma prosesi ASHRAE tanımına göre ultra-düşük sıcaklık uygulaması sınıfına girmektedir. Bu sıcaklık değerleri; bakteri, kan hücresi, kemik iliği ve aşı gibi daha ziyade biyolojik ürünlerin soğuk muhafazası için kullanılmaktadır. Bu sistemler; konfor klimaları, süpermarket uygulamaları, yapı soğutma gibi yaygın uygulamalar olmamasına rağmen; ilaç, kimya, petrol endüstrisi gibi alanlarda ihtiyaç duyulan sistemlerdir. Düşük kapasiteli sistemler için laboratuvar uygulaması olarak getirilebilecek farklı çözümler olmasına karşın endüstriyel soğutma gibi büyük kapasitede ihtiyaçlar için buhar sıkıştırmalı soğutma sistemleri bir çözüm olabilmektedir. Fakat sistem çalışma sıcaklık ve basınç değerleri kullanılan soğutucu akışkanlar standart uygulamalara göre farklılık gösterdiğinden soğutma sistemi tasarımının ve analizinin detaylı irdelenmesi gerekmektedir. Bu sebeple, ultra-düşük sıcaklıkta çalışan farklı (endüsriyel ölçekte) sistemler teorik olarak performans açısından incelenmiştir. Ayrıca bu konuyla ilgili literatüre katkı yapılması amaçlanmıştır.Bu tez çalışmasında, ultra düşük sıcaklıklarda çalışabilecek farklı sistem önerileri üzerinde durulmuştur. Birden fazla çevrimden oluşan bu sistemlerde yüksek sıcaklık çevriminde R404A, düşük sıcaklık çevriminde R508B akışkanının kullanıldığı biri referans olmak üzere dört farklı konfigürasyonda kaskat soğutma sistemi tasarlanmıştır. EES yazılımı ile matematik modeli oluşturulan bu sistemlerin termodinamik ve termoekonomik analizleri gerçekleştirilmiş ve farklı çalışma koşullarında performansları karşılaştırılmıştır. Çevreye olan etkileri de irdelenen sistemlerin alternatif soğutucu akışkanlarla kullanıldığında verdiği sonuçlar gözlemlenmiş ve yorumlanmıştır.--------------------Refrigeration systems are categorized based on the temperature of target space that needs to be refrigerated. When the temperature of target space is between -50°C and -100°C, the refrigeration process is evaluated as ultra-low temperature application according to ASHRAE definition. These temperature values are used for the cold storage of especially biological products such as bacteria, blood cell, bone marrow and vaccine. Although, these systems are not common like comfort air conditioning, supermarket applications, building cooling, they are particularly needed for pharmaceutical, chemical, and petroleum industries. For low-capacity systems, there can be several alternative systems as laboratory applications; however, vapor compression refrigeration systems can be a solution for high-capacity systems as industrial refrigeration. Since the system operating temperature and pressure values and the refrigerants used differ from standard applications, the design and analysis of the refrigeration system targeted needs to be well-investigated. Therefore, different systems operating at ultra-low temperatures (industrial scaled) are investigated based on the performance. Furthermore, it is aimed to contribute to the literature.In this thesis study, the different alternative systems operating at ultra-low temperatures are evaluated. Four cascade refrigeration system configurations, as one of them is the reference, are designed on which R404A is at high temperature cycle and R508B is at low temperature cycle. Their mathematical models are developed using EES software and thermodynamic and thermoeconomic analysis are performed; their performances are compared to each other at different operating conditions. The environmental impacts of the systems are investigated and the results of the case, in which alternative refrigerants are used, are observed and evaluated.

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 çalışmada, kayıp korelasyonları kullanılarak bir santrifüj pompanın performansının hesaplanması için bir tahmin yöntemi geliştirilmiştir. Yöntem, pompanın ön tasarımında elde edilen ana boyutları kullanıp enerji kayıplarını hesaplayarak basma yüksekliğinin ve verimin debi ile değişimlerini belirlemektedir. Geliştirilen yöntem ayrıca tasarımcıya pompa içinde oluşan enerji kayıplarını ve miktarlarını göstererek hangi büyüklüklerde değişiklikler yapılması gerektiği hakkında bir fikir vermektedir. Akım makinalarının tasarımında hızlı araçlara sahip olmak önemlidir. Günümüzde gelişmiş olan mühendislik araçları başlıca katı modelleme, Sonlu Eleman Metodu (SEM), akış analizi vb. amaçlara yöneliktir. Akış analizi amaçlı yazılımlar pompa tasarım süreçlerinin önemli bir parçasıdır. Tasarımcının ön boyutları belirledikten sonra uzun ve zahmetli uğraşlar gerektiren Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) adımının öncesinde hızlı performans tahmini yapan araçlara sahip olması çok arzu edilen bir durumdur. Pompa tasarımında bu adım korelasyonlara dayanan bir yöntemin kullanılması olabilir. Bu çalışmada santrifüj pompaların Hm-Q ve ɳ-Q performans eğilimlerini kayıp korelasyonlarını kullanarak belirleyen bir yöntem geliştirilmiş, deneysel ve HAD sonuçları ile sınanmıştır.--------------------In this study, a theoretical prediction method has been applied to calculate the performance of a centrifugal pump using energy loss correlations. The method calculates the energy losses and determines variation of the delivery head and the efficiency with the flow rate using the basic dimensions obtained in the pump's primary design. By showing the energy losses inside the pump the developed method also presents designer an idea of which dimension modifications are needed. After determining the main dimensions, it is highly desirable that the designer has tools to make quick performance prediction before the Computational Fluid Dynamics (CFD) step, which is a long and laborious task. In pump design, such a quick design tool can be obtained using correlations. In this study, a method of determining the Hm-Q and ɳ-Q performance prediction of centrifugal pumps by using loss correlations was developed and tested with experimental and CFD results.

TERMOELEKTRİK VE BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA SİSTEMLERİNDEN OLUŞAN HİBRİD EV TİPİ BUZDOLABININ DİZAYNI, GELİŞTİRİLMESİ VE ANALİZİTermoelektrik (TE) ve buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinden oluşan hibrit ev tipi buzdolapları deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Bunun için, ticari olarak uygun termoelektrik soğutucular ticari buzdoplarının taze gıda ve chill bölmelerine uygulanmıştır. Analizler termoelektrik soğutma teknolojilerinin uygulama fırsatlarını arttırmak için termoelektrik soğutucuların faydalarına odaklanmıştır. Bu çalışmanın iki aşaması bulunmaktadır. İlk aşamada, çalışmanın amaçları belirlenmiş ve takip eden hazırlıklar yapıldı: termoelektrik soğutucuların belirlenmesi için 0 °C(chill) ve taze gıda bölmeleri için soğutma yükü hesapları yapılmıştır. Daha sonra, iki referans (seri) ev tipi buzdolabının yanı sıra iki de farklı hibrit ev tipi buzdolabı üretilmiş ve deneysel olarak incelenmiştir. Daha fazla değerlendirme için, bilgisayar destekli akışkan dinamiği analizi (CFD) verileri için gerekli ölçümler yapılmıştır. İkinci safhada ise, en iyi test sonuçlarına sahip hibrit ev tipi buzdolabı sonraki değerlendirmeler için seçilmiştir. Hibrit buzdolabının nümerik analizleri sonrası, CFD modeli geliştirilmiş ve bu modelle önerilen konfigürasyonların analizleri de yapılmıştır. CFD analizinin amacı daha düzgün hava akış ve sıcaklık dağılımı elde etmede termoelektrik soğutucu için en uygun yeri belirlemektir. CFD tahminleri dikkate alınarak, en az sıcaklıktabakalaşmasına sahip konfigürasyon temel alınarak iki yeni hibrit buzdolabı yapılmıştır. CFD tahminleri test sonuçlarıyla daha sonra teyit edilmiştir.Bu çalışmanın sonucu önemli çıktılar içermektedir. Enerji tüketiminin azaltılmasında sağlanan iyileştirmelere rağmen, hibrit buzdolaplarının enerji tüketimi, seri buzdolaplarına kıyasla hala üç kat daha yüksektir. Bu, termoelektrik soğutma teknolojisinin, ölçümlerin işaret ettiği gibi, buhar sıkıştırmalı teknolojiye alternatif olması için Performans Katsayısı’nda (COP) iyileştirmelere ihtiyaç duyduğunu vurgular. Termoelektrik soğutucuların COP'si testlerde 0.3 ila 0.5 W/W arasındaydı. Alternatif olabilmesi için, termoelektrik soğutucuların COP değerleri yaklaşık 2 W/W olmalıdır.Bununla birlikte, hibrit ev tipi buzdolapları, soğutma kapasitesi testlerinde kanıtlandığı üzere, sıcak gıdaların soğutulmasını hızlandırmak açısından muazzam bir potansiyele sahiptir. Yani, sıcak gıda maddeleri, gıdaların güvenli bir şekilde korunabileceği hedef sıcaklık bölgelerine kadar dakikalar içinde soğutulabilir. Ayrıca, buzdolaplarının bölmesinde çok düzgün sıcaklık dağılımı ve daha az sıcaklık dalgalanmaları termoelektrik soğutucular tarafından sağlanabilir. Bu, sıcaklık farklılıklarına çok duyarlı olan bozulmaya karşı hassas gıdaların bozulmadan daha uzun bir süre tutulması için çok önemlidir. TE teknolojisindeki gelişmeler ve yenilikler önemli ölçüde artmaktadır ve bu nedenle TE soğutma teknolojilerinin verimliliği artacaktır. Bu durum ev tipi buzdolaplarına uygulanan buhar sıkıştırmalı soğutma teknolojisine güçlü bir alternatif olmalarına yardımcı olacaktır. Bu kesinlikle biraz zaman alacak olsa da, ev tipi buzdolaplarında son kullanıcıların bazı özel ihtiyaçları için TE soğutucuları kullanmak mümkün olacaktır. --------------------THE DESIGN, DEVELOPMENT AND ANALYSIS OF A HYBRID HOUSEHOLD REFRIGERATOR COMBINING THERMOELECTRIC AND VAPOUR COMPRESSION COOLING SYSTEMSHybrid household refrigerators which combine vapour compression (VC) and thermoelectric (TE) cooling technologies were experimentally and numerically investigated. In order to realise this investigation, commercially available thermoelectric coolers (TEC) were applied to the fresh food (FFC) and chill (CC) compartments ofcommercial refrigerators. Analysis focused on the benefits of TECs to increase opportunities for the application of the thermoelectric cooling technologies. There were two phases of this work. In the first phase, the objectives of the work were set, and the following preparations were made: the reference refrigerators were selected and the target compartments, CC and FFC, for the implementation of the TECs were determined. The cooling loads for them were calculated to determine the suitable TECs. Another necessary test equipment was also collected. Then, two different hybrid household refrigerators were built along with two reference household refrigerators(serial refrigerators) and they were investigated experimentally. For further evaluations, necessary measurements were made to collect data for Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis. In the second phase, the hybrid household refrigerator (HHR) with better test results was selected for further evaluations. After numerical analysis of hybrid refrigerator, CFD model was developed and then proposed configurations were also analysed. The purpose of the CFD analysis was to determine the optimum location for the TEC to achieve more uniform air flow and temperature fields. Regarding the predictions, two new hybrid refrigerators were built based on the configurations which have less temperature stratification. CFD predictions were validated with the experimental results, later on. The conclusion of this work has pivotal outputs as follows. Although enhancements achieved in reducing energy consumption, HHRs’ energy consumption is still three times higher compared to serial refrigerators. This highlights that TE cooling technology needs improvements in Coefficient of Performance (COP) to become an alternative to VC technology as measurements indicated. The COP of TECs were between 0.3 to 0.5 W/W. To become an alternative, TEC’s COP values must be around 2 W/W. Nevertheless, HHRs have an enormous potential in terms of speeding up the warm foodstuffs’ cooling as proved in cooling capacity tests. That is, the warm foodstuffs can be cooled down in minutes to the target temperature regions in where foods can be safely preserved. Moreover, highly uniform temperature distribution and less temperature fluctuations in the compartment of the refrigerators can be provided by the TECs. This is crucial for keeping the perishable foods, which are very sensible to temperature differences, for a longer time without deterioration.The developments and innovations in TE technology are significantly increasing and therefore the efficiency of TE cooling technologies will likely increase which help them to be a strong alternative to VC cooling technology applied to household refrigerators. Although this will certainly take some time, it will possible to use TECs for somespecific needs of end-users in household refrigerators.