Farklı gözenekli ortamlarda akış ve ısı geçişinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of flow and heat transfer in different porous media
Yazar: ERDEM YILDIZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA YASİN GÖKASLAN
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Basınç düşmesi = Pressure drop ; Gözenekli ortam = Porous medium ; Isı geçişi = Heat transfer ; Sürtünme = Friction ; Türbülanslı akış = Turbulent flow

Özet:
Dünyanın ve ülkemizin gelişerek büyüyen sanayisine hem bilimsel hem de teknolojik alanlarda ciddi katkısının olacağı bu yapılan çalışmada literatürde deneysel olarak yeterince çalışma olmadığından daha sonra yapılacak birçok çalışmaya da kaynaklık ederek büyük katkı sağlayacaktır.
Eklemeli imalat sayesinde küçük hacimli, hafif ve üretim maliyetlerinin düşük olduğu gözenekli ortamlar üretilebilir. 3D yazıcılar kullanılarak eklemeli imalat ile oluşturulan PLA ve ABS içerikli polimer parçalar kanal içerisine yerleştirilmiştir. Elde edilen gözenekli ortamların gözeneklilikleri sırasıyla %67 ve %78 olarak hesaplanmıştır.
Hava akışı ile yapılan deneylerde, kanal hidrolik çapına göre Reynolds sayıları 2882.9 – 30990 ve geçirgenliğe göre hesaplanmış Reynolds sayıları 9.62 – 121.4 aralığındadır. Bu aralıkta yapılan deneyler gözenekli ortamın Türbülans akış rejimine karşılık gelmektedir. Basınç düşüşü ile hız arasındaki ilişki ikinci dereceden polinom olarak elde edilmiştir. Gyroid tasarımındaki göznekli ortamın geçirgenliği ve şekil sürüklenme katsayısı PLA için sırasıyla 2.79x10-8 m2 ve ABS için 5.52x10-8 m2 ve 0.09 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca gyroid şekilli gözenekli ortamlar için geçirgenliğe bağlı olarak sürtünme katsayıları sunulmuştur.
PLA ve ABS malzemelerinden üretilmiş gözenekli ortamların alt yüzeyinden sabit ısı akısı uygulayarak ısı geçişi deneysel incelenmiştir. Kanalın içerisinin boş olması, PLA ve ABS malzemeli gözenekli ortam olması durumlarında Nusselt sayısı ile Reynolds sayısı arasındaki ilişki verilmiştir. Ayrıca deneyde kullanılan gözenekli ortamlar için de geçirgenliğe göre hesaplanmış Nusselt ve Reynolds sayıları arasındaki ilişki de araştırılmıştır. Bu çalışma sayesinde üç boyutlu yazıcılar ile üretilmiş gyroid şekilli gözenekli ortamların basınç düşüşü ve ısı geçişi hakkında bilgi verilmektedir.

Abstract:
Studies are carried out on heat transfer and pressure drop in both scientific and technological fields to the developing and growing industry of the world and our country. This thesis study, which examines the heat transfer and pressure drop of polymer-based porous media produced from 3D printers, which is one of the new production methods, will make a great contribution to the literature.
Thanks to additive manufacturing, porous media with small volume, light weight and low production costs can be produced. Polymer parts containing PLA and ABS, which were created by additive manufacturing using 3D printers, were placed in the channel. The porosity of the obtained porous media was calculated as 67% and %78 respectively.
In the experiments with air flow, Reynolds numbers are between 2882.9 - 30990 according to duct hydraulic diameter and Reynolds numbers calculated according to permeability are in the range of 9.62 – 121.4. Experiments in this range correspond to the turbulent flow regime of the porous medium. The relationship between pressure drops and velocity is obtained as a quadratic polynomial. The permeability and shape drift coefficient of the porous media in the gyroid design were calculated as for PLA porous media 2.97x10-8 m2 and 0.07, and for ABS porous media 5.52x10-8 m2 and 0.09 respectively. In addition, the friction factor based on permeability is presented for the gyroid-shaped porous media. 
Heat transfer is also investigated experimentally by applying constant heat flux from the bottom surface of porous media made of PLA and ABS porous media. The relation between the Nusselt number and the Reynolds number is given in cases where the channel is empty and there is a porous medium with PLA and ABS material. In addition, the relation between Nusselt and Reynolds numbers based on permeability is also investigated. Thanks to this study, information is given about the heat transfer and pressure drop of gyroid-shaped porous media produced with 3D printers.