Kriyojenik basınçlı borularda kanatçık yapısının deformasyon oluşumuna etkilerinin deneysel gerilme analiz yöntemleriyle incelenmesi
Investigation of the effects of fin structure on deformation in cryogenic pressure pipes using experimental stress analysis methods
Yazar: YAVUZ ÇAĞRI ÖZARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED EMİN ERDİN
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kriyojenik taşıma ve depolama sistemleri, sıvılaştırılmış azot (LIN), oksijen (LOX) ve argon (LAR) gibi gazları -196 °C ve daha düşük sıcaklıklardaki aşırı soğuk şartlarda depolamak ve taşımak için tasarlanmış özel yapılardır. Bu sistemler, genellikle yüksek basınç altında çalışmakta olup aynı zamanda vakum ve süper izolasyon ile yalıtılmıştır. Kriyojenik taşıma ve depolama sistemlerinin tasarımı ve üretimi, uluslararası standartlara ve düzenlemelere uygun olarak yapılır. Kriyojenik yapının basınç, hacim, malzeme, ekipman ve güvenlik özellikleri farklı bileşenlerde değişiklik gösterebilir. Sistemin performansını ve dayanıklılığını arttırmak için malzeme ve tasarım geliştirme süreçlerinden yararlanılır.
Bu çalışmada kriyojenik ortamda basınca maruz bırakılan alüminyum boruların üzerindeki kanatçık sayısının deformasyon mekanizmalarına etkileri gerinim ölçerler kullanılarak deneysel gerilme analiz yöntemleri ile incelenmiş olup optimum imalat yönteminin, kanatçık sayısının ve basınçlandırma şeklinin bulunması hedeflenmiştir. Bu amaca yönelik olarak kanatçık bulundurmayan alüminyum borular referans alınarak farklı kanatçık sayılarına göre imal edilmiş borular üzerinde farklı basınçlandırma durumlarının boru üzerinde ortaya çıkan eksenel ve teğetsel gerilmeler üzerindeki etkilerinin yanı sıra deformasyon mekanizmalarının değişimi incelenmiştir. Bu doğrultuda oluşturulan deney düzeneğinde basınç ani, kademeli ve sürekli artırılarak düzenli bir şekilde borunun belirli noktalarındaki gerilme değerleri ölçülmüş ve işlem esnasında boruda ortaya çıkan gerilmeler ve deformasyonlar incelenmiştir. Farklı kanatçık profilleri için elde edilen veriler analiz edildikten sonra karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiş ve alüminyum malzemelerin kriyojenik koşullarda kullanım şartlarının ve performansının belirlenmesi açısından önemli bilgiler elde edilmiştir.

Abstract:
Cryogenic transport and storage systems are special structures designed to store and transport gases such as liquefied nitrogen (LIN), oxygen (LOX), and argon (LAR) in extremely cold conditions at temperatures of -196 °C and lower. These systems generally operate under high pressure and are also insulated with vacuum and super insulation. The design and production of cryogenic transport and storage systems are carried out in accordance with international standards and regulations. Pressure, volume, material, equipment and safety features of the cryogenic structure may vary in different components. Material and design development processes are used to increase the performance and durability of the system.
In this study, the effects of the number and structure of fins on the deformation mechanisms of aluminum pipes exposed to pressure in a cryogenic environment were examined by experimental stress analysis methods using strain gauges, and it was aimed at finding the optimum number of fins and fin shape. For this purpose, the effects of different temperature conditions and pressure changes on the axial and tangential stresses on the pipe, as well as the changes in damage formation mechanisms, were examined on pipes manufactured according to different types and numbers of fins, using aluminum pipes without fins as a reference. In the experimental setup created in this direction, the stress values at certain points of the pipe were measured regularly by increasing the pressure instantly, gradually and continuously. The stress and deformation occurred on the pipe and fins were examined through the process. After analyzing the data obtained for different fin profiles, the data were evaluated comparatively. Important information was obtained in terms of determining the usage conditions and performance of aluminum materials in cryogenic conditions.