Design and characterization of an additively manufactured heat exchanger with triply periodic minimal surface core
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: BURAK CEVAHİR
Danışman: Ulaş Yaman
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Üçlü periyodik minimal yüzey (TPMS) yapıları, geleneksel imalat yöntemleriyle üretilemeyen karmaşık şekillerin üretilmesini mümkün kılan eklemeli imalat alanındaki artan ilgi nedeniyle daha sık kullanılmaktadır. Bağıl yoğunluk, duvar kalınlığı ve hücre boyutu gibi uyarlanabilir özellikleri olan matematiksel olarak düzenlenmiş TPMS bazlı yapılar, mühendislik uygulamalarında ilginç kullanım alanlarına sahip olabilmektedir. Tanımları gereği kapladıkları hacmi iki bölgeye ayırmaları, TPMS bazlı yapıları ısı transferi uygulamalarında oldukça kullanışlı hale getirirken, daha az malzeme ile daha benzer veya daha yüksek parça dayanımları elde edilebilmesi TPMS yapılarını uzay uygulamalarına yönelik hafif tasarımlarda da uygulanabilir kılmaktadır. Bu çalışma, farklı TPMS yapılarının yüksek yüzey alanı/hacim oranından yararlanarak tasarlanan ters akışlı kompakt ısı değiştirgeci (CCHEX) tasarımlarına odaklanmaktadır. Bu çalışmada kullanılan TPMS yapılarının ısı transferi yüzey alanları, çeşitli kısıtlarla belirlenen bir ısı değiştirgeci (eşanjör) hacminde hesaplanmıştır. Birçok farklı tasarım seçeneğinden biri olan Gyroid bazlı bir ısı değiştirgeci, 17-4PH paslanmaz çelik malzeme ile eklemeli imalat ile üretilmiştir. Üretilen ısı değiştirgeci, eklemeli imalat tasarım kriterleri gözetilerek, çıkartılması imkansız olacak olan destek yapılarına ihtiyaç duymayacak şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca, soğuk ve sıcak akışkanların ısı değiştirgecine giriş ve çıkış kısımlarından basınç, sıcaklık ve debi değerlerini okuyabilen bir test düzeneği kurulmuştur. Yapılan testlerin sonuçları, hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonları ile doğrulanmıştır. Bu çalışma, yalnızca kullanılan TPMS yapıları içerisinden geçen laminer akışı kapsamaktadır. Oluşturulan iş akışı kullanılarak, çeşitli TPMS yapıları laminer akış bölgesinde, üretilmeye ve test edilmeye ihtiyaç duymadan termal başarımları ve hacim gereksinimleri açısından analiz edilebilir ve karşılaştırılabilirmektedir.