Petrol türevli 4 farklı yakıt yangınının ses dalgalarıyla söndürülmesi ve yapay zeka yöntemleriyle analizi
Extinguishing 4 different petroleum fuel fires with sound waves and analysing it with artificial intelligence methods
Yazar: YAVUZ SELİM TAŞPINAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT KÖKLÜ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Yangın söndürme = Fire extinguishing

Özet:
Yangınlar, tüm dünyada ve ülkemizde genel toplum sağlığını etkileyen ve insan yaşamı üzerinde doğrudan ve/veya dolaylı etkileri olan bir afettir. Yangın, bir oksitleyici (genellikle oksijen) ve yakıtın, ısının da etkisiyle kimyasal reaksiyonu sonucu ortaya çıkmaktadır. Bu reaksiyonun sonucu ısı meydana gelmektedir. Bu üç unsurun herhangi birinin yanma ortamında olmaması durumunda yangın sönmektedir. Yangından doğabilecek tüm zararları önlemek için aktif ve pasif yangın önlemleri alınmalıdır.  Yangının söndürülebilmesi için köpük, toz, kum, su, halojen gazı ve karbondioksit kullanılabilmektedir. Ancak her bir söndürme malzemesinin avantajı olduğu gibi dezavantajı da bulunmaktadır. Su iyi bir soğutucu ve örtücü olmasına rağmen kendinden daha az yoğun sıvıların söndürülmesi sırasında yanıcı sıvı altında kalarak işlevini yitirebilmektedir. Bu tez çalışmasında yangın görüntü işleme algoritmaları ile tespit edilerek ses dalgalı yangın söndürme sistemi ile müdahale edilebilmesi için 3 aşamalı bir yazılım geliştirilmiştir. Bu yazılım ile görüntülerden yangın tespiti yapılabilmektedir. Yazılım tarafından tespit edilen yangın, ses dalgalı yangın söndürme sistemi ile söndürülebilmektedir. Bu tez çalışmasında alternatif bir söndürme yöntemi olan ses dalgalı yangın söndürme sistemi ile çalışmalar yapılmıştır. Ses dalgalı yangın söndürme sistemi oluşturulmuş ve farklı ses frekansı, mesafe, yakıt ve alev büyüklüklerinde söndürme deneyleri gerçekleştirilmiştir. 2-70 Hz ses frekansı aralığında, 10-190 cm mesafe aralığında, 4 farklı yakıt ve 5 farklı alev büyüklüğünde deneyler yapılmıştır. Sıvı yakıt olarak benzin, gazyağı ve tiner, gaz yakıt olarak likit petrol hazı (LPG) kullanılmıştır. Farklı 5 çeşit alev boyutları elde edebilmek için 7, 12, 14, 16, 20 cm çaplarında yakıt kapları kullanılmıştır. Her bir deney için farklı parametreler kullanılarak toplamda 17442 deney gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerden elde edilen veriler ile deneysel veriseti oluşturulmuştur. Verisetindeki özelliklerin yangının sönme durumuna etkisinin detaylı olarak incelenebilmesi için makine öğrenmesi yöntemleri ve regresyon yöntemleri kullanılmıştır. Yapılan tüm analiz ve sınıflandırma işlemleri sonucunda ses dalgalarının yangını söndürmesi için gerekli olan aralıkları tespit edilmiştir. Ortalama etkili söndürme aralığının 10-100 cm mesafe aralığında 10-50 Hz frekans aralık değerlerinde, 100-150 cm mesafe aralığında 10-32 Hz frekans aralık değerlerinde, 150-180 cm mesafe aralığında 10-28 Hz frekans aralık değerlerinde olduğu tespit edilmiştir. Bu frekans aralıkları etkili alev söndürme aralıklarıdır. Liquid petrol gas (LPG) yakıtı için yapılan deneyler sonucunda 10-140 cm mesafe aralığında 10-45 Hz frekans aralığında, 140-180 cm mesafe aralığında 15-30 Hz frekans aralığında alev etkili bir şekilde söndürülebilmiştir.  10-50 Hz frekans aralığında mesafelere göre değişen 85-113 dB ses şiddeti elde edilmiştir. Ses basıncının oluşturduğu hava akımı 10 cm mesafede 30 Hz frekansta 17 m/s olarak ölçülmüştür. Ayrıca hava akımının etkisi ile yakıt kabındaki soğumanın, normal şartlarda soğumaya göre yaklaşık 2 kat daha hızlı olduğu gözlemlenmiştir. Oluşturulan yangın tespit yazılım sayesinde yangın erken aşamada tespit edilerek ses dalgalı yangın söndürme sistemi ile müdahale edilebilecektir. Ses dalgalı yangın söndürme sistemi ile veri merkezleri, bilgi işlem merkezleri, uçak, uzay mekiği ve hızlı tren gibi ortamlarda çıkan yangınlara hızlı bir şekilde müdahale edilerek en az sayıda teçhizata zarar vererek yangınlar söndürülebilecektir.

Abstract:
Fires are a disaster that affects general public health all over the world and in our country and has direct and/or indirect effects on human life. Fire occurs as a result of the chemical reaction of an oxidant (usually oxygen) and fuel, with the effect of heat. The result of this reaction is heat. If any of these three elements is not in the combustion environment, the fire goes out. Active and passive fire precautions should be taken to prevent all possible damage from fire. Foam, powder, sand, water, halogen gas and carbon dioxide can be used to extinguish the fire. However, each extinguishing material has advantages as well as disadvantages. Although water is a good coolant and covering, it can lose its function by being under flammable liquid during extinguishing of less dense liquids. In this thesis, a 3-stage software has been developed in order to detect the fire with image processing algorithms and intervene with the sound wave fire extinguishing system. With this software, fire detection can be made from images. The fire detected by the software can be extinguished with the sound wave fire extinguishing system. In this thesis, studies were carried out with the sound wave fire extinguishing system, which is an alternative extinguishing method. A sound wave fire extinguishing system was created and extinguishing experiments were carried out with different sound frequency, distance, fuel and flame sizes. Experiments were carried out in the sound frequency range of 2-70 Hz, in the distance range of 10-190 cm, with 4 different fuels and 5 different flame sizes. Gasoline, kerosene and thinner were used as liquid fuel, and liquid petroleum gas (LPG) was used as gas fuel. In order to obtain 5 different flame sizes, 7, 12, 14, 16, 20 cm diameter fuel containers were used. A total of 17442 experiments were performed using different parameters for each experiment. An experimental dataset was created with the data obtained from these experiments. Machine learning methods and regression methods were used in order to examine the effects of the features in the dataset on the extinguishing state of the fire in detail. As a result of all the analysis and classification processes, the intervals required for the sound waves to extinguish the fire have been determined. It has been determined that the average effective extinguishing range is 10-50 Hz frequency range values in the 10-100 cm distance range, 10-32 Hz frequency range values in the 100-150 cm distance range, and 10-28 Hz frequency range values in the 150-180 cm distance range. These frequency ranges are effective flame extinguishing ranges. As a result of the experiments carried out for liquid petroleum gas (LPG), the flame could be extinguished effectively in the frequency range of 10-45 Hz in the distance range of 10-140 cm and in the frequency range of 15-30 Hz in the distance range of 140-180 cm. In the frequency range of 10-50 Hz, 85-113 dB sound intensity, varying according to distance, was obtained. The air flow created by the sound pressure was measured as 17 m/s at a frequency of 30 Hz at a distance of 10 cm. In addition, it has been observed that the cooling of the fuel container with the effect of the air flow is approximately 2 times faster than the cooling under normal conditions. Thanks to the fire detection software created, the fire can be detected at an early stage and intervened with the sound wave fire extinguishing system. With the sound wave fire extinguishing system, fires in data centers, data processing centers, airplanes, space shuttles and high-speed trains will be intervened quickly and the fires will be extinguished by damaging the least amount of equipment.