Mekanik divizör tasarımının optimizasyonu ve yorulma davranışının incelenmesi
Optimization of mechanical diverter design and investigation of fatigue behavior
Yazar: FURKAN KILAVUZ
Danışman: PROF. DR. BİNNUR GÖREN KIRAL
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bulaşık makineleri = Dishwashers ; Mekanik yorulma = Mechanical fatigue ; Pompa çarkları = Pump impellers

Özet:
Bulaşık makinelarında su vanalı ve vanasız olmak üzere iki farklı sistem ile pervanelere dağıtılmaktadır. Vanasız sistemde su alt ve üst pervanelere aynı anda gönderilerek yıkama sağlanmaktadır. Vanasız sistemde alt ve üst pervane birlikte çalışarak yıkama gerçekleşir. Vanalı sistemde, vana sayesinde alt ve üst pervaneye ayrı ayrı su gönderilebilir. Böylece vanasız sisteme göre daha az su ve daha fazla basınçlı su ile yıkama yapılmaktadır. Bu çalışma kapsamında tasarlanan mekanik vana herhangi bir elektrik motoruna ihtiyaç duymadan mekanik parçalar sayesinde suyun alt ve üst pervaneye yönlendirilmesini sağlamaktadır. Mekanik vana ile su tüketiminin azaltılması hedeflenmektedir. Alt ve üst pervaneye belli periyotlarda suyun gelmesi sağlanarak alt ve üst sepetlerde yıkama performansının iyileştirilmesi hedeflenmektedir. Elektrik motoru kullanılmadığı için elektrikli vanaya göre maliyet avantajı sağlamaktadır. Vana yıkama pompasından gelen yaklaşık 350 mbar su basıncına maruz kalmaktadır. Mekanik vanada basınçlı su merkezdeki pervaneye çarpmaktadır. En fazla yüke maruz kalan parçası merkezdeki pervanedir. Bu tez kapsamında mekanik vana pervanesinin tasarımları optimize edilmiştir. Bu amaçla, pervanenin kanatlarını modellemek için kullanılan 4. dereceden Bézier eğrileri MATLAB R2023a yazılımı kullanılarak elde edilmiştir. Bézier eğrileri kullanılarak, farklı kanat profillerine ve sayılarına sahip pervanelerin katı modelleri SOLIDWORKS 2021 yazılımı ile oluşturulmuştur. Sayısal analizlerde, basınç kayıpları ANSYS Fluent 2023R2 kullanılarak belirlenmiştir. Sayısal analize ek olarak, kanatlar eklemeli üretim yöntemi ile üretilip çıkış basınçları deneysel olarak ölçülmüştür. Deneysel ve sayısal sonuçlar, optimum kanat tasarımının en az basınç kaybını sağladığını göstermektedir. Optimum tasarım için ilk beş doğal frekansa karşılık gelen mod şekilleri hesaplanıp, statik analiz sonrası optimum pervanenin yorulma analizi yapılarak yorulma ömrü hesaplanmıştır.

Abstract:
In dishwashers, water is distributed to the spray arms using two systems: with a valve and without a valve. In the valve-less system, water is sent to both the lower and upper spray arms simultaneously, allowing them to work together. In the valve system, separate water can be directed to each spray arm, using less and more pressurized water for washing. The designed mechanical valve enables this without any electric motors, aiming to reduce water consumption and improve washing performance in both baskets by providing water at specific intervals. Without an electric motor, it offers a cost advantage over electric valves. The valve withstands approximately 350 mbar of pressure from the washer pump, with pressurized water impacting the central impeller. The designs of the mechanical valve impeller were optimized within the scope of this thesis. For this purpose, the 4th order Bézier curves used to model the blades of the impeller were obtained using MATLAB R2023a software. Solid models of impellers with various blade profiles were created using Bézier curves in SOLIDWORKS 2021. Pressure loses were analyzed numerically with  ANSYS Fluent 2023R2. Additionally, the blades were produced through additive manufacturing and outlet pressures were measured experimentally. Experimental and numerical results show that the optimum blade design provides the least pressure loss. For the optimum design, the mode shapes corresponding to the first five natural frequencies were calculated and the fatigue life was calculated by performing fatigue analysis of the optimum impeller after static analysis.