Piezoelektik etki ile titreşim yapan delikli yüzey üzerine yerleştirilmiş sıvı damlanın dinamik davranışının incelenmesi
Investigation of the dynamic behavior of a liquid droplet placed on a vibrating perforated surface via the piezoelectric effect
Yazar: ÜMÜ GÜLSÜM BİLEKLİ
Danışman: DOÇ. DR. GÖZDE SARI
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Piezoelektrik = Piezoelectric ; Piezoelektrik malzemeler = Piezoelectric materials ; Serbest titreşim analizi = Free vibration analysis

Özet:
Piezoelektrik etki ile titreşim yapan damla atomizasyonu, sıvıların bu
titreşimenerjisini kullanarak daha küçük damlalara bölünmesini içerir. Bu
yöntem, daha iyi verimlilik, homojenlik için birçok endüstri ve bilimsel
çalışma için vazgeçilmezdir. Damla atomizasyonu yöntemi gıda sanayi, kumaş
kurutma, elektronik soğutma, tarım,endüstriyel üretim, biyoteknoloji, tarım,
havacılık, tıp alanı gibi çeşitli ilgi alanlarına ve kullanım alanlarına sahiptir. Bu
tezin çalışmasında piezoelektrik etki ile yüksek frekansta titreşim yapan pirinç
ve paslanmaz çelik malzemelerinin üzerine yerleştirilen su damlalarının
dinamik davranışları deneysel olarak incelenmiştir.
Bu tez çalışmasının amacı, delikli ve deliksiz pirinç ve paslanmaz çelik
özelliklerindeki plakaların yüzeyleri üzerine yerleştirilen, belirli hacimdeki su
damlasının dinamik davranışının incelenmesi ve pirinç, paslanmaz çelik
özelliklerinin ve gözenekli plaklarının gözenekler arası mesafesinin
değişmesinin damla atomizasyon davranışı üzerindeki etkilerini ortaya
koymaktır.
Bir diğer amaç olarak frekans süpürme yöntemi, atomizasyonun daha
etkili gözlemlenebilmesi için 15kHz ile 25 kHz arasında birçok frekansta
çalışılarak süpürme yöntemi denenmiştir. Bu da tek bir frekansta çalışmak
yerine, yüzeyin rezonans frekanslarını da denk gelen noktalarda çalışmaya
deneyde olanak sağlamıştır. Bu deneyde, paslanmaz çelik ve pirinç plakalar
lazer markalama yöntemi ile, aynı plaka üzerinde, gözenekler arası mesafelerin
1000, 1500, 2000 ve 2500 μm olacak şekilde delinmiştir. Gözenekli pirinç ve
paslanmaz çelik plakalarının delik çaplarının gerçek ölçüleri mikroskopta
ölçülmüştür. Damla atomizasyonu deneyleri için piezoelektrik disk, deney
plaklarının alt yüzeylerine sabitlenerek sinüs sinyali ile uyarılmıştır. Plakaların
üst yüzeyi ile temas eden su damlasının deney boyunca değişiklik gösteren
görüntüsü üstten bir kamera ile kaydedilmiştir. Kaydedilen görüntüler analiz
programı ile zamana göre değişimleri kaydedilmiştir. Aynı analiz programı ile
damlaların alan ölçümleri yapılarak grafikler oluşturulmuştur. Diğer bir amaç
ile bu çalışmada frekans süpürme yönteminin deney yüzeylerinde
atomizasyona olan katkısı araştırılmıştır. Bu yöntemde, farklı frekanslarda
süpürme uygulanarak sıvı damlaların atomizasyonu incelenmiştir. Sonucunda
damla görüntülerinin zamanla değişimleri aynı analiz programı kullanılarak
alan ölçümleri yapılmıştır. Frekans ivme grafikleri oluşturulmuştur.
Bu çalışma ile, pirinç ve paslanmaz çelik olmak üzere iki farklı
malzeme özelliklerine sahip, gözenekli ve gözeneksiz plakalar üzerinde belirli
hacimde su damlacıklarının dinamik davranışı gösterilmiştir. Gözenekli
plakaların iki gözenek arası mesafe boyu değiştirilerek damla atomizasyonuna
olan etkisi incelenmiştir.Frekans süpürme yönteminin atomizasyon sürecini
önemli ölçüde hızlandırdığı sonucu deneysel olarak gösterilmiştir. Elde edilen
genel sonuçlar göre pirinç malzemelerin paslanmaz çelik malzemelere göre
damla atomizasyonu daha hızlı gerçekleşmiştir.
Anahtar Kelimeler: Titreşim Analizi, Atomizasyon, Mikro Delikli Pirinç
Plaka, Mikro Delikli Paslanmaz Çelik Plaka, Gözeneksiz Mikro Kalınlıkta
Plaka, Görüntü Analizi, Piezoelektrik dönüştürücü

Abstract:
The thesis study focuses on the dynamic behavior of water droplets
placed on surfaces of brass and stainless steel materials that vibrate at high
frequencies through the piezoelectric effect.
The purpose of this thesis study is to investigate the dynamic behavior
of water droplets of specific volumes placed on the surfaces of porous and nonporous brass and stainless steel plates. Additionally, the study aims to examine
the effects of the material properties of brass and stainless steel, as well as the
spacing between pores in the porous plates, on droplet atomization behavior.
To achieve this goal, brass and stainless steel plates were perforated
using laser marking methods, with pores spaced at distances of 1000, 1500,
2000 and 2500 μm on the same plate. The actual diameters of the pores in the
porous brass and stainless steel plates were measured under a microscope. For
the droplet atomization experiments, a piezoelectric disk was attached to the
underside of the test plates and stimulated with a sinusoidal signal. The topview images of the water droplet in contact with the plate surface were recorded
using a camera. The recorded images were analyzed over time using image
analysis software to track changes in the droplet's behavior. The software was
also used to measure the droplets' area over time, and graphical representations
of this data were created.
This study demonstrates the dynamic behavior of water droplets on
surfaces of brass and stainless steel, both porous and non-porous, with varying
pore spacings. The impact of altering the spacing between pores in the porous
plates on droplet atomization was examined. The overall findings suggest that
brass materials exhibit faster droplet atomization compared to stainless steel
materials.
Keywords: Vibration Analysis, Atomization, Micro Perforated Square Brass
Plate, Micro Perforated Square Stainless Steel Plate, Non-Perforated Micro
Thickness Plate, Image Analysis, Piezoelectric Transducer