Yatay bir silindir üzerinde bulunan fonksiyonel derecelendirilmiş dairesel kanatçıkların doğal taşınımda ısıl performansının araştırılması
The investigation of the thermal performance of functionally graded annular fins on a horizontal cylinder in free convection
Yazar: MEHMET ALP DOĞMAZ
Danışman: DOÇ. DR. SİBEL GÜNEŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğal taşınım = Natural convection ; Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler = Functionally graded materials ; Isı geçişi = Heat transfer ; Kanatçıklar = Blades

Özet:
Bu tez çalışmasında, yatay bir silindir üzerine yerleştirilmiş fonksiyonel derecelendirilmiş ve homojen alüminyum dairesel kanatçık dizilerinin doğal taşınım ile ısı transferi deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında kanatçığın imal edildiği malzeme yapısının ve kanatçık aralığının doğal taşınımla gerçekleşen ısı transferine ve dairesel kanatçığın ısıl performansına etkileri üzerinde durulmuştur. Bu amaçla, optimum hacimsel kompozisyonu bir dizi sonlu elemanlar analizi vasıtasıyla belirlenen yüksek ısıl iletkenlik katsayısına sahip alüminyum ve bakır bileşimden oluşan fonksiyonel derecelendirilmiş dairesel kanatçıklar ve homojen alüminyum kanatçıklar toz metalürjisi ve sıcak presleme tekniği vasıtasıyla üretilmiştir. Çalışma kapsamında kanatçıkların imal edildiği malzemelerin ısıl performansına olan etkileri üzerine durulduğundan, kanatçık çapı 90 mm ve kalınlığı 2.5 mm sabit tutularak, 25-150 W aralığında değişen 6 farklı güç aralığı ve 5.73 ile 96.25 mm arasında değişen kanatçık aralığı için deneyler gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda, deneysel ve sayısal olarak her iki malzeme yapısına göre imal edilmiş kanatçıkların yarıçap doğrultularındaki sıcaklık dağılımı belirlenerek birbiriyle karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, her bir güç girişi ve kanatçık aralığına göre fonksiyonel derecelendirilmiş kanatçıkların net ısı transferinin ve ısıl performans ölçütü olan etkenlik değerinin homojen alüminyuma kıyasla daha yüksek olduğu görülmektedir. Ayrıca, fonksiyonel derecelendirilmiş kanatçıkların yarıçap doğrultusunda sıcaklık dağılımının daha uniform olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzemeler, Dairesel Kanatçık, Doğal Taşınımla Isı Transferi

Abstract:
In this thesis, natural convection heat transfer in functionally graded and homogeneous aluminum fin arrays was investigated experimentally. Within the scope of the study, the effects of the material structure and fin spacing on the natural convection heat transfer and the thermal performance of the annular fin are emphasized. Hence, the functionally graded annular fin consisting of aluminum and copper composition and homogeneous annular fins were manufactured by powder metallurgy and the hot pressing method. Since the effects of the fins on the thermal performance of the materials from which the fins are made are emphasized, experiments were carried out for 6 different power ranges ranging from 25 to 150 W and fin spacing ranging from 5.73 to 96.25 mm, by keeping the fin diameter of 90 mm and the thickness constant at 2.5 mm. Additionally, the temperature distribution of the fins manufactured with respect to both material structures, in the radius directions was determined and compared with each other by experimentally and numerically. According to the results obtained, it can be seen that the net heat transfer and the efficiency value, which is the thermal performance criterion, of functionally graded fins according to each power input and fin spacing are higher than homogeneous aluminum. Also, it was determined that the temperature distribution in the radius direction of functionally graded fins is more uniform.

Keywords: Functionally Graded Materials, Annular Fins, Natural Convection Heat Transfer