Işınımla ısı kaybeden kanat dizilerinin ısıl analizi
Thermal analysis of  fin arrays transferring heat by radiation
Yazar: KÜBRA SOLAK
Danışman: PROF. DR. CİHAT ARSLANTÜRK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Uzay araçlarında atık ısının uzaklaştırılması için kullanılan genişletilmiş yüzeylerin minimum ağırlığa sahip olması istenir. Isı geçişinin doğru bir şekilde hesaplanabilmesi için, optimizasyona temel oluşturan matematiksel modelin gerçeğe çok yakın olması gerekir. Böyle bir yüzeyin performansı, özellikle büyük sıcaklık farkları durumunda, değişken ısıl iletkenlikten önemli ölçüde etkilenir. Bu çalışmada, bir uzay radyatörünün performansının araştırılması amaçlanmaktadır.
Yöntem: Uzay araçlarında kullanılan kanat dizileri farklı geometrik konfigürasyonlara sahip olabilmektedir. Bu çalışmada incelenen kanat dizisi, bir silindir yüzeyine eksenel yönde yerleştirilmiş kanatlardan oluşmuştur. Kanatlar için yazılan enerji dengesinden, kanat içindeki sıcaklığı bağlı değişken olarak kabul eden bir doğrusal olmayan integro-diferansiyel denklem elde edilmiştir. İntegro-diferansiyel denklem, gerek ışınımla ısı geçişinden, gerekse ısı iletim katsayısının sıcaklıkla değişmesi sebebiyle yüksek mertebede nonlineeerlik içermektedir. Bu nedenle denklemin sayısal çözümü için, nonlineer denklemlerin çözümünde oldukça etkili olduğu literatürde belirtilen, parametrelerin değişimi yöntemi (PDY)  seçilmiştir.
Bulgular: İntegro-diferansiyel denklem, önce boyutsuzlaştırılmış, daha sonra boyutsuz denklem PDY ile sayısal olarak çözülerek, kanat içindeki sıcaklık dağılımı ve kanat etkenliği hesaplanmıştır. Ayrıca, verilen sabit kanat hacmi, yüzey yayma oranı, ısıl iletkenliğin değişimini temsil eden değişken ısıl iletkenlik parametresi ve komşu iki kanat arasındaki açılım açısı için kanat etkenliğini maksimum yapacak iletim-ışınım parametresi değerleri elde edilmiştir. 
Sonuç: Çoklu regresyon analizi sonucunda bulunan korelasyon denklemlerinin, radyatör tasarımında, tasarımcıya büyük kolaylık sağlaması beklenmektedir

Abstract:
Purpose: Radiators used for the removal of waste heat in spacecraft are required to have a minimum weight. In order to calculate the heat transfer accurately, the mathematical model that forms the basis of optimization must be very close to reality. The performance of such a surface is significantly affected by variable thermal conductivity, especially in case of high temperature differences. This study aimed to investigate the performance of a space radiator.
Method: Fin arrays used in spacecraft can have different geometric configurations. The fin array investigated in this study consisted of fins placed axially on a cylinder surface. From the energy balance established for the fins, a nonlinear integro-differential equation, which accepts the temperature in the fin as a dependent variable, was obtained. Integro-differential equation contains a high degree of nonlinearity due to both heat transfer by radiation and the variation of thermal conductivity with temperature. Thus, for the numerical solution of the equation, a variation of parameters method, (VPM), which is stated in the literature, which is highly effective in the solution of nonlinear equations, was chosen.
Findings: Integro-differential equation is first dimensioned and the then dimensionless equation is solved numerically with VPM, temperature distribution and fin efficiency in the fin are calculated. In addition, the problem parameters that will maximize the heat release for the given fixed fin volume were found.
Results: The correlation equations found as a result of multiple regression analysis are expected to provide great convenience to the designer in radiator design