İnsansız hava araçları için eklemeli imalat yöntemiyle yakıt eşanjörü geliştirilmesi
Development of an unmanned aerial vehicle fuel heat exchanger that can be manufactured using additive manufacturing
Yazar: DİNÇER TOPCU
Danışman: DOÇ. DR. ZAFER GEMİCİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Isı eşanjörü =   ; Isı geçişi = Heat transfer ; Rüzgar tüneli = Wind tunnel

Özet:
Günümüzde başta havacılık olmak üzere, otomotiv ve savunma sanayiinde daha kompakt, daha hafif ve daha verimli parça tasarımlarını içeren bir ürün geliştirme süreci gerek daha az yakıt tüketimi gerekse daha az emisyon oluşturulması için oldukça önemli hale gelmiştir. Bu çalışmada geleneksel üretim metodlarıyla üretilen bir yakıt soğutucusu yerine, eklemeli imalat yöntemleriyle üretilebilecek yeni tip hava soğutmalı yakıt soğutucu ısı eşanjörü önerilmektedir. Geleneksel üretim metotları ile üretimi oldukça zor olan karmaşık geometrilerin üretimi, eklemeli imalat yöntemleri ile daha kolay bir hale gelmiştir. Eklemeli imalat metotlarıyla hacimsel açıdan daha yararlı, hafif ve kompakt bir ürünün ortaya çıkarılması mümkündür. Bu çalışmada eklemeli imalat ile üretilebilecek bir geometri hedeflenmiştir. Buna göre söz konusu eşanjörün ısı transfer performansının yüksek olmasını sağlayacak geometriler önerilecek ve mevcut soğutucu eşanjör ile performansı karşılaştırılacaktır. Halihazırda insansız hava araçlarında (İHA) kullanılan bir eşanjör üzerinde, fiili çalışma koşulları dikkate alınarak seçilen farklı sınır şartlarında rüzgar tüneli deneyleri yapılmış ve termal performansı ölçülmüştür. Aynı eşanjörün CFD modeli oluşturulmuş ve bu model deneylerle doğrulanmıştır. Doğrulanan  CFD model ile öngörülen tüm geometriler için simülasyonlar yapılmış ve optimum geometri elde edilmiştir. 
Optimum ısı transferi performansına ve düşük basınç düşümüne ulaşmak için kanatların geometrisi, dizilimi ve boyutları uygun bir şekilde belirlenmelidir.  Bunun için simülasyon programı yardımıyla nümerik analiz yapılmış ve bu nümerik analiz deneysel çalışmalarla doğrulanmış ve çözüm ağı bağımsızlaştırma analizleri yapılmıştır.
Çalışmalarla elde edilen veriler kullanılarak sürtünme katsayısı ve ısı transferi katsayı ile ilişkili grafikler gösterilmiştir. Sonuç olarak havacılık endüstrisi için yüksek verimli ve muadillerine göre daha hafif ve hacimsel olarak daha küçük bir soğutucu geliştirilmiştir.
Eklemeli imalat metodları ile geleneksel soğutuculardan farklı ve daha karmaşık geometrilerin üretimi konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışma ile geleneksel soğutuculara göre daha hafif ve daha yüksek ısı transferi performansı olan havacılık sektöründe kullanılacabilecek bir soğutucu literatüre kazandırılmıştır. Yapılan deneysel çalışmalar ile mevcut soğutucunun performansı ortaya çıkarılmıştır.

Abstract:
Today, the importance of studies on the design of more compact, lighter and more efficient parts in the automotive, defense and aerospace industries has become more important due to increasing competition, increasing energy and raw material shortages and increasing customer expectations. The aim of this study is to create a basis for experimental studies to develop a lighter and higher performance air-cooled fuel cooler that can be produced by additive manufacturing methods instead of a fuel cooler produced by traditional production methods.
It is also aimed to perform numerical analysis on a heat exchanger produced by conventional methods, to verify this model with experimental studies and thus to have a numerical model that can be tested under different conditions. Accordingly, an experimental setup was established to measure the performance of the existing heat exchanger and the developed heat exchangers. The heat exchanger to be tested was placed in a wind tunnel and fan that can operate in a way that different air flow rates can be applied was positioned. Air velocity and pressure drop can be measured precisely. Heat transfer oil has been used instead of fuel, and a circulation system has been established so that temperatures can be increased to 80 °C.
In numerical studies, the air side and water side of the existing heat exchanger were modeled and subjected to performance analysis.  The heat transfer depending on the air velocity, the average temperature and pressure drops on the solid surface were determined by numerical analysis. 
A heat exchanger model that can be used in vehicle cooling systems suitable for production with additive manufacturing methods, where more compact, lighter and more efficient heat transfer is realized, will be presented with the experiments to be carried out and future studies.