Malzeme işlemlerinde kullanıma yönelik üçlü termal plazma torç sisteminin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile modellenmesi
Modeling of triple thermal plasma torch system by computational fluid dynamics fot matrial processing
Yazar: KNYAZ ABDURAHMANOV
Danışman: PROF. DR. RAHMİ ÜNAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada literatür incelenmesi sonucunda özgün DC taşınımsız üçlü plazma torçunun
geometrisi oluşturulmuştur. Plazma torçları yatay eksen ile 30o açıyla, merkez eksen
etrafında ise 120o açıda yerleştirilmiştir. Böylece, torçlar tek merkeze hedeflenmiştir.
Amaca uygun plazma torçu için şekilsel olarak, basit ve parametrelerin sıkça değişimine
uygun olması, analizlerde düzenli hücre yapısı kullanılabilmesi için, üretiminin kolay olması
gibi etkenler göz önünde bulundurulmuştur. Torç üç boyutlu modellenmiştir. Akış türü
türbülanslı ve sıkıştırılamazdır. Çalışma gazı olarak argon kullanılmıştır. Zamandan
bağımsız olarak çözümlemeler yapılmıştır. Daha sonra oluşturulan bu geometri içerisindeki
elektromanyetik alan ve gaz akışı arasındaki etkileşimi çözebilmek için ANSYS Fluent ve
MHD modülü birlikte kullanılmış, akım ve gaz hacimsel debisi değiştirilerek sonuçlar elde
edilmiştir. Değişen parametrelerle torç nozulundan 4 cm mesafe'deki kesişme noktasındaki,
ortalama çıkış sıcaklığı ve ortalama çıkış hızı değişimi üzerine çalışılmıştır. Plazma jetlerinin
kesişim bölgesinde sıcaklık ve hız, dağılımları verilmiştir. Artan akım ve hacimsel debiyle
kesişme noktasındaki sıcaklığın ve hızın arttığı görülmüştür. Artan akımla ark bağlantı
noktasının nozul girişine doğru kaydığı ve artan hacimsel debiyle ark bağlantısının nozul
çıkışına doğru kaydığı görülmüştür. Alınan sonuçlar, bulgular ve tartışmalar bölümünde
değerlendirilmiş ve literatürde daha önce yapılmış olan çalışmalarla karşılaştırması
yapılmıştır.

Abstract:
In this study, a typical non-transferred DC triple plasma torch geometry has been developed.
Plasma torches were placed at 30o with horizontal axis and at 120o around central axis. Thus,
torches are targeted at a single center. In designing the torch, flexibility for frequent changes
in parameters in regular cell structure analysis has been considered. The type of flow used
in the study is considered to be turbulent and incompressible. Argon was used as the working
gas. The study is done independent to time and performed as a 3D steady state analysis. To
solve the interaction between electromagnetic fields and gas flow rates in this triple torch
geometry, ANSYS Fluent and MHD module has been used together. By changing each of
magnitude of electric current and gas flow rate, results were obtained. Both average output
temperature and output speed has been studied by changing the parameters at an intersection
point at distance of 4 centimeters from the torch nozzle. Plasma distribution velocity and
temperature are given for the intersection area from the jet outputs. It was observed that the
temperature and velocity were increased at the intersection point with increasing current and
volumetric flow. By increasing current, it has been observed that the arc connection point
was shifted towards the nozzle inlet and by increasing volumetric flow, the arc connection
point was shifted towards the nozzle exit. Then in discussion, the results of the study has
been compared to the studies found in the litrature.
Sciene