Farklı nozul geometrilerinin polimetilmetakrilat (PMMA) yüzeyinde katı partikül erozyonunun incelenmesi
Investigating various nozzle geometries for solid particle erosion on polymethyl methacrylate (PMMA)
Yazar: BARIŞ ÖNEN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ ÇINAR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Eroziv aşınma = Erosive wear ; Polimetilmetakrilat = Polymethyl methacrylate ; Yüzey aşınması = Surface wear

Özet:
Katı partikül erozyonunu etkileyen en önemli faktörlerden biri nozul geometrileridir. Nozul, aşındırıcı partiküllerin hedef malzemeye çarpma öncesi hız kazanmalarında ve hedef malzeme yüzeyine çarpma esnasında yayılım alanlarının üzerinde birinci dereceden etkiye sahiptir. Nozulun farklı tasarımlarda geliştirilmesi verimliliğin artmasını ve dolayısı ile maliyetin düşmesini sağlayacak ve aşındırıcı atığını azaltacaktır. 
Bu tez çalışmasında, farklı nozul tasarımlarının Polimetilmetakrilat'nın (PMMA) erozif aşınma davranışına etkileri incelenmiştir. Çalışmalarda ilk olarak, bilgisayar destekli hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemiyle farklı geometrilerde nozul tasarlanmış ve farklı parametreler altında simüle edilmiştir. 
Tez çalışmasının ikinci aşamasında HAD sonuçları yorumlanarak uygun nozul geometrileri seçilmiş ve imal edilmiştir. Farklı nozul geometrileriyle ortaya çıkan partikül hızları, yüksek hızlı kamera ve döner disk hız ölçme metodu ile ölçülmüş ve karşılaştırılmıştır. Farklı geometrilerde üretilen nozul tipleri erozif aşınma deneylerinde kullanılarak püskürtülen katı partiküllerin PMMA yüzeyindeki etkileri, erozyon izi, kütle kaybı ve yüzey pürüzlülüğü açısından incelenmiştir. 
Deneysel çalışmada, iki farklı aşındırıcı partikül, alümina ve garnet, kullanılmıştır. Her bir aşındırıcı tipinden üç farklı partikül boyutu kullanılarak dört farklı püskürtme mesafesinde çalışılmıştır. Aşındırılan numunelerin yüzey morfolojileri görüntü işleme tekniği ile elde edilerek farklı nozul geometrilerinin hedef malzeme yüzeyinde ortaya çıkardığı dağılım haritaları ve etki alanları irdelenmiştir. Bununla birlikte üç boyutlu temassız lazer profilometre ile hasar krateri merkezi, çizgisel olarak taranmıştır. Ayrıca, aşındırılan bütün yüzeylerin alanı taranarak yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. Sonuç olarak, farklı nozul geometrileriyle PMMA yüzeyinde katı partikül erozyonu incelenmiştir.

Abstract:
One of the most important factors that affect the solid particle erosion is the nozzle geometry. In accelerating the abrasive particles prior to impacting the target material and on propagation area during the impact the target material surface, nozzle has a primary effect. The development of different nozzle designs lead to increased efficiency and thus lower costs and reduce the abrasive waste. 
In this study, the effects of different nozzle geometries on erosive wear behavior of Polymethyl methacrylate (PMMA) was investigated. In the first phase of this study, various nozzle geometries were designed by using computer aided computational fluid dynamic (CFD) method and simulated under numerous parameters. 
In the second phase, proper nozzle geometries were chosen by interpreting the simulation results and selected nozzles were manufactured for experimental tests. Particle impingement velocities at various nozzle geometries were measured by using a high speed camera and the double disc velocity measurement methods and compared with each other. The effects of solid particles sprayed on PMMA surface were analyzed in terms of erosion scars, mass losses and surface roughnesses by using erosive wear test results of the nozzles types manufactured in various geometry. 
In experimental work of this study, two different abrasive particles, alumina and garnet, were used. Each type of abrasives were studied in four different stand-off distances by using three different particle sizes. Distribution maps revealed on target material surfaces of different nozzle geometry and their affected areas were analyzed by obtaining surface morphology of the eroded samples with image processing metheds. Moreover, the surface roughness profile at the center of the erosion crater was scanned with 3D non-contact laser profilometer. In addition, the eroded surfaces roughnesses were measured by scanning the entire surface area. Finally, solid particle erosions in the PMMA surfaces were examined for different nozzle geometries.