Piezoelektrik etki ile sentetik jet teknolojisi kullanılarak atomizör tasarımı ve analizi
Piezoelektrik etki ile sentetik jet teknolojisi kullanilarak atomizör tasarimi ve analizi
Yazar: OKAN BİÇİM
Danışman: DOÇ. DR. GOZDE DEGER SARI
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tezde, piezoelektrik etkili sentetik jet teknolojisi kullanılarak atomizör tasarımı ve deneysel analizi üzerinde durulacaktır. Atomizörler, sıvıyı küçük parçacıklara dönüştürmek için kullanılan cihazlardır ve birçok endüstriyel uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ters piezoelektrik etki, bir malzemenin üzerine uygulanan elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürme yeteneğidir ve bu özellik atomizörlerin çalışma ilkelerinde kullanılabilir. Sentetik jet teknolojisi ise yüksek hızlı gaz jeti oluşturarak sıvıyı atomize etmek için kullanılan bir yöntemdir.

Bu tezde sentetik jet teknolojisinin atomizasyon performansına etkisi olan orifis çapı, boşluk hacmi, atomize edilecek su miktarının etkisi değerlendirilecektir. Deneylerde mikropipet kullanılarak 20 mikrolitre ve 30 mikrolitre hacimlerinde su atomizasyonu incelenmiştir. 3 boyutlu yazıcı teknolojisi kullanılarak üretilmiş aktüatörün içerisindeki piezoelektrik sensörün aşağı ve yukarı yönde hareket ettirilmesiyle aktüatör çıkışında oluşturulan sentetik jet hem emme hem de üfleme akışı oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında, sentetik jet atomizör tasarımı 36 deney ile değerlendirilmiştir. Tasarımda orifis çapının etkisi, iç hacim yüksekliğinin etkisi, su damlasının hacminin etkisi, su damlasının iç ve dış yüzeydeki davranışı incelenmiştir. İncelenen her bir etki ve davranış birbiriyle bağlantılıdır. Sentetik jet atomizörünün optimum şartlara ulaşması için belirtilen parametrelerden birinde yapılmış bir değişiklikte optimum değer için başka bir parametrede de değişiklik yapılması gerektiği sonucuna ulaşılmıştır. 

Frekans cevap fonksiyonu analiz ölçüm sonuçlarına bakıldığında sisteme uygulanması gereken frekans değerlerinin değiştiği ölçülmüştür. Ancak çalışmanın amacı doğrultusunda tüm deneylerde frekans ve genlik değeri sabit tutulmuştur. Deneyler 50 V genlik ve 2,800 kHz frekansta yapıldığından dolayı bazı tasarımlar için verimli sonuçlar alınamamıştır. Ancak bu tasarımlar uygun genlik ve frekans ayarlandığında sentetik jet atomizörünün optimum şartlara kavuştuğu ve oldukça verimli akış sağlamaktadır.

Sonuç olarak bu tez, piezoelektrik etki ve sentetik jet teknolojisi kullanılarak atomizör tasarımı ve analizini kapsayacak ve atomizör performansını iyileştirmek için yeni yöntemler sunacaktır. Atomizörlerin endüstriyel uygulamalarda daha etkin ve verimli kullanılmasına değerli katkılar sağlaması beklenmektedir.

Abstract:
In this thesis, atomizer design and experimental analysis will be focused on using piezoelectric effect synthetic jet technology. Atomizers are devices used to convert liquid into small particles and are widely used in many industrial applications. The reverse piezoelectric effect is the ability of a material to convert electrical energy applied to mechanical energy, and this property can be used in the working principles of atomizers. Synthetic jet technology, on the other hand, is a method used to atomize the liquid by creating a high-speed gas jet.

In this thesis, the effect of orifice diameter, void volume and the amount of water to be atomized, which have an effect on the atomization performance of synthetic jet technology, will be evaluated. In the experiments, water atomization was investigated in 20-microliter and 30-microliter volumes using a micropipette. By moving the piezoelectric sensor inside the actuator produced using 3D printer technology up and down, the synthetic jet created at the actuator output creates both suction and blowing flow. In this thesis, the synthetic jet atomizer design was evaluated with 36 experiments. The effect of the diameter of the orifice, the effect of the height of the inner volume, the effect of the volume of the water droplet, and the behavior of the water drop on the inner and outer surfaces were examined in the design. Each effect and behavior studied is related to each other. It has been concluded that a change made in one of the specified parameters for the synthetic jet atomizer to reach optimum conditions should also be changed in another parameter for the optimum value.

When the frequency response function analysis measurement results are examined, it has been measured that the frequency values that should be applied to the system have changed. However, for the purpose of the study, the frequency and amplitude values were kept constant in all experiments. Since the experiments were performed at 50 V amplitude and 2,800 kHz frequency, efficient results could not be obtained for some designs. However, when these designs are adjusted to the appropriate amplitude and frequency, the synthetic jet atomizer reaches optimum conditions and provides highly efficient flow.

In conclusion, this thesis will cover atomizer design and analysis using the piezoelectric effect and synthetic jet technology and will present new methods to improve atomizer performance. It is expected to make valuable contributions to the more effective and efficient use of atomizers in industrial applications.