Buzda soğukluk depolama sistemlerinde kullanılan buz kapsüllerinin ısıl gerilme analizleri
Thermal stress analysis of ice capsules used in ice cold storage systems
Yazar: ALİ GÜLTEKİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ORHAN KEKLİKCİOĞLU ; DOÇ. DR. DOĞAN ERDEMİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışma kapsamında; farklı kalınlıktaki ve tipteki buz kapsüllerinin sıcaklık değişimleri ile ortaya çıkan termal kuvvetler incelenmiş, uygun tip ve kalınlığı tespit edilmiştir. Bunun için 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 2.5mm, 3mm, 3.5mm, 4mm kalınlıklardaki 6 adet form şekli belirlenerek plastik malzemeden yapılmış olan kapsüller içlerinde buz olacak şekilde modellenerek incelenmiştir. Bu çalışma ile buz kapsüllerinin şekli ve kalınlığı belirlenerek termal gerilmeler sonucunda deforme olması önlemek için çalışmalar yapılmıştır ve farklı kalınlıktaki malzemelerden oluşan kapsüllerin sıcaklık değişimleri ile oluşabilecek termal kuvvetlere ışık tutmuştur. Buz kapsüllerinde Ansys Workbench'in "fluid/structuralinteraction" modülü ile HAD ve gerilme analizleri için -5°C'den 30°C'ye kadar sıcaklık artışı, hal değişimi sırasında sıcaklık dağılımları ve erime kesitleri ile oluşan gerilmeler, deformasyonların karşılaştırılması yapılmıştır. Çalışma sonucunda 2mm kalınlığındaki D kapsülü 3,8907.10-5(m/m) elastik gerinim 3,2906.10-4m deformasyon ile 80gr ağırlığında, 2mm kalınlığındaki E kapsülü 2,1504.10-5(m/m) elastik gerinim 7,4043.10-3m deformasyon ile 105,9gr ağırlığı ile ideal olarak kullanıma en uygun kapsüller olarak tespit edilmiştir. Sonrasında 0,5mm kalınlığındaki C kapsülü 5,9559.10-11(m/m) elastik gerinim 2,6989.10-3m deformasyon ile 22gr ağırlığında E kapsülü 2,2006.10-5(m/m) elastik gerinim 3,1058.10-2m deformasyon ile 25,7gr ağırlığında D kapsülü 3,4398.10-5(m/m) elastik gerinim 5,3353.10-2m deformasyon ile 19,6gr ağırlığında sıralamayla en uygun kapsüller bu şekilde tespit edilmiştir. Kalınlık arttıkça mukavemet arttığı gözlemlenmiştir ama kullanılan malzeme miktarı artacağından dolayı maliyetin arttığı tespit edilmiştir. İdeal kapsüller belirlenirken sadece mukavemet değil aynı zamanda kütle ve buna bağlı olarak maliyetler de göz önünde bulundurulmuştur.
Anahtar Kelimeler: Buz enerjisi, kapsül, ısı, gerilme, elastisite

Abstract:
This scope of work; The thermal forces that occur with the temperature changes of the ice capsules of different thicknesses and types were examined, and the appropriate type and thickness were determined. For this, 6 form shapes of 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 2.5mm, 3mm, 3.5mm, 4mm thicknesses were determined and the capsules made of plastic material were modeled with ice inside and examined. With this study, the shape and thickness of the ice capsules were determined, and studies were carried out to prevent deformation as a result of thermal stresses and shed light on the thermal forces that may occur with temperature changes of capsules made of materials of different thickness. For CFD and stress analysis, temperature increase from -5°C to 30°C, temperature distributions during process change and stresses and deformations formed by melting cross sections were compared with Ansys Workbench's "fluid/structuralinteraction" module in ice capsules. As a result of the study, 2mm thick D capsule 3,8907.10-5(m/m) elastic strin      3,2906.10-4m deformation, 80gr weight, 2mm thick E capsule 2,1504.10-5(m/m) elastic strain 7,4043.10-3m deformation with its 105.9gr weight, it has been determined as the most suitable capsules for ideal use. Then, 0.5mm thick C capsule 5,9559.10-11(m/m) elastic strain 2,6989.10-3m deformation and 22gr weight E capsule 2,2006.10-5(m/m) elastic strain 3,1058.10-2m deformation 25gr D capsule weighing ,7gr with elastic strain of 3.4398.10-5(m/m) 5,3353.10-2m deformation and 19.6gr weighting respectively, the most suitable capsules were determined in this way. It has been observed that the strength increases as the thickness increases, but it has been determined that the cost increases as the amount of material used will increase. While determining the ideal capsules, not only the strength but also the mass and, accordingly, the costs were taken into consideration.
Keywords: Iced capsule, thermal energy, stress.