Çift fazlı akış jetlemesi ile temizleme işleminde mekanik etkinin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and theoretical study of mechanical effect in cleaning process by jet of two-phase flow
Yazar: FURKAN BAYAV
Danışman: DOÇ. DR. ÖZDEN AĞRA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Temizleme işlemi, su ve deterjan kullanılarak yüzeydeki istenmeyen kalıntıların, kirlerin uzaklaştırılması işlemidir. Sinner Çemberi'ne göre bütün yıkama proseslerine etki eden dört ana parametre vardır. Bu parametreler; kimyasal etki, termal etkisi, zaman etkisi ve mekanik etki olarak sıralanabilir. Yapılan tez çalışması kapsamında kir çıkarma performansına etki eden parametrelerden biri olan mekanik etki ile ilgili detaylı literatür taraması yapılıp, mekanik etki deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. 
Tez çalışması kapsamında kurulan iki fazlı jet düzeneğinde nozuldan çıkan yüksek hızlı su ve iki fazlı jetin etki yüzeyinde oluşturduğu kuvvet ve kir çıkarma performansı su debisi, nozul çıkış çapı, akışkan tipi ve açı parametrelerine bağlı olarak incelenmiştir. Mekanik etki su debisi, akışkan tipi, nozul çıkış çapı ve açının bir fonksiyonudur. 
Maksimum kir çıkarma miktarı su debisinin 4 L/d, akışkan tipinin su-hava (su-0.25 m3/h hava) nozul çıkış çapının 4 mm ve jet ile etki yüzeyi arasındaki açı 90° olduğunda %59.68 olarak ölçülmüştür. 
Minimum kir çıkarma miktarı su debisinin 3 L/d, akışkan tipinin sadece su, nozul çıkış çapının 5 mm ve jet ile etki yüzeyi arasındaki açı 45° olduğunda %6.77 olarak ölçülmüştür.
Aynı deney şartlarında, su debisi arttığında etki yüzeyinden çıkarılan kir miktarı artmaktadır. Nozul çıkış çapı artmasıyla jetin hızı azalacağı için etki yüzeyine daha az momentum transferi olacaktır. Bunun sonucunda kuvvet azalacağı için yüzeyden daha az miktarda kir uzaklaştırılmaktadır. Benzer şekilde aynı deney şartlarında, sisteme eklenen ikinci faz etki yüzeyinden çıkarılan kir miktarı artmaktadır. Jet ile etki yüzeyi arasındaki açı arttığında yüzeyden uzaklaştırılan kir miktarı artmaktadır.
Parametrelerin kir çıkarma üzerindeki etkilerinin yüzdesel dağılımı  akışkan tipinin, su debisinin, nozul çıkış çapının ve etki yüzeyi ile jet arasındaki açının kir çıkarma performansı üzerindeki tekil etkileri sırasıyla %76.8,  %10.5, %1.4, %1.2 olarak hesaplanmıştır. 
Maksimum jet kuvveti su debisinin 4 L/d, akışkan tipinin su-hava (su-0.25 m3/h hava) nozul çıkış çapının 4 mm ve jet ile etki yüzeyi arasındaki açı 90° olduğunda 0.99 N olarak ölçülmüştür. 
Minimum kir çıkarma miktarı su debisinin 3 L/d, akışkan tipinin sadece su, nozul çıkış çapının 5 mm ve jet ile etki yüzeyi arasındaki açı 45° olduğunda 0.13 N olarak ölçülmüştür.
Aynı deney şartlarında, su debisi arttığında etki yüzeyinde oluşan kuvvet artmaktadır. Nozul çıkış çapı artmasıyla jetin hızı azalacağı için etki yüzeyine daha az momentum transferi olacaktır. Benzer şekilde aynı deney şartlarında, sisteme eklenen ikinci faz jet kuvvetini artmaktadır. Jet ile etki yüzeyi arasındaki açı arttığında etki yüzeyindeki jet kuvveti artmaktadır.
Parametrelerin jet kuvveti üzerindeki etkilerinin yüzdesel dağılımı  akışkan tipinin, su debisinin, nozul çıkış çapının ve etki yüzeyi ile jet arasındaki açının kir çıkarma performansı üzerindeki tekil etkileri sırasıyla %40.5,  %21.3, %18.7, %12.2 olarak hesaplanmıştır. Momentumun korunumu prensibine göre kuvvet teorik olarak hesaplanmıştır. Deneysel sonuçlar, teorik sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Etki yüzeyinde oluşan kuvvet ile kir çıkarma performansı arasında bir korelasyon elde edilmiştir.

Abstract:
Cleaning is the process of removing stain, soil and other residuals from the surface using water and detergent. There are four main parameters which influence all washing process according to Sinner Circle. These parameters are chemical effect, thermal effect, time effect and mechanical effect. In this thesis study, a detailed literature research related mechanical effect that is one of the parameters affecting the soil removal or cleaning performance was made. Also either soil removal performance and two phase jet force were investigated experimentally and theoratically.  Force on the impact surface and soil removal performance of high speed water and two-phase jet which exits from the nozzle was investigated depending on water flow rate, nozzle exit diameter and fluid type (water, water-air and water solid particle) and angle between jet and impact surface on the two phase jet experiment setup. Mechanical effect is a function of water flow rate, nozzle exit diameter ,fluid type and angle. 
Maximum soil removal efficiency was measured as 58.68% when water flow rate was 4 L/min, fluid type was water and air (water and 0.25 m3/h air) , nozzle exit diameter was 4 mm and angle between jet and impact surface was 90°. 
Minimum soil removal efficiency was measured as 6.77% when water flow rate was 3 L/min, fluid type was only water, nozzle exit diameter was 5 mm and angle between jet and impact surface was 45°. 
In the same experimental conditions, when water flow rate increases, soil removal performance increases. When the nozzle exit diameter increases the jet velocity decreases and there will be less momentum transfer to the surface. As a results of this situation, soil removal performance reduces. Similarly, in the same experimental conditions, the amount of the soil removed from the impact surface increase with second phase which added to the system. When the angle between jet and impact surface increases, soil removal performance increases under the same expeirmental conditions. Distributions of the single effect of paratemeters on soil removal performance are calculated as 76.8%, 10.5%, 1.4%, 1,2% respectively fluid type, water flow rate, nozzle exit diameter and angle between jet and impact surface. 
Maximum jet force was measured as 0.99 N when water flow rate was 4 L/min, fluid type was water and air (water and 0.25 m3/h air) , nozzle exit diameter was 4 mm and angle between jet and impact surface was 90°. 
Minimum jet force was measured as 0.13 N when water flow rate was 3 L/min, fluid type was only water, nozzle exit diameter was 5 mm and angle between jet and impact surface was 45°. 
In the same experimental conditions, when water flow rate increases, jet force increases. When the nozzle exit diameter increases the jet velocity decreases and there will be less momentum transfer to the surface. As a results of this situation, jet force reduces. Similarly, in the same experimental conditions, the jet force increases with second phase which added to the system. When the angle between jet and impact surface increases, jet force increases under the same expeirmental conditions. Distributions of the single effect of paratemeters on jet force are calculated as 40.5%, 21.3%, 18.7%, 12.2% respectively fluid type, water flow rate, nozzle exit diameter and angle between jet and impact surface. 
Force was calculated theoratically according to principle of conservation of momentum. And experimental results comparet with theoratically results. A correlation was obtained between force on the impact surface and soil removal efficiency.