Hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile gaz atomizasyonu nozulunun modellenmesi ve toz üretiminin deneysel araştırılması
Modeling of gas atomization nozzle by computational fluid dynamics and investigation of powder production by experimentally
Yazar: MUSTAFA GÜLEŞEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MELİH CEMAL KUŞHAN ; PROF. DR. RAHMİ ÜNAL
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Gaz atomizasyonu = Gas atomization ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Gaz atomizasyon yöntemi metal tozu üretiminde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Günümüzde bu yöntem ile metal tozu üretim veriminin arttırılması amacıyla araştırmalar devam etmektedir. Atomizasyon yönteminin başarısını etkileyen en önemli değişken nozul geometrisidir. Nozul geometrisi; boğaz açıklığı, boğaz alanı, çıkıntı mesafesi ve nozul açısı gibi değişkenlere sahiptir. Bu çalışmada nozulun gaz akış davranışı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizi kullanılarak modellenmiştir. Modellemede metal akış borusu ucunda meydana gelen basınç, gaz debisi, gaz hızı verileri irdelenerek en verimli nozul tasarımı tespit edilmeye çalışılmıştır. Tespit edilen en iyi tasarıma göre nozul imal edildikten sonra nozul metal akış borusu uç basınç değerleri deneysel olarak ölçülmüştür. Tez çalışmasında çok sayıda tasarım için deneysel metal akış borusu uç basınç değerleri ile Reynolds Stres Modeli analizi sonuçları karşılaştırıldığında aralarında genellikle  % 1 ? 6 fark olduğu tespit edilmiştir. Gaz atomizasyon yöntemi ile üretilen saf kalay, gümüş amalgam, etial 141, AA 2014 ve AA7075 alüminyum alaşım tozlarının özellikleri incelenmiş ve nozul verimi açısından sonuçlar değerlendirilmiştir. Kalay ile yapılan deneylerde, aynı şartlarda metal akış borusu taban dış çapı 14 mm, 10 mm ve 8 mm nozullardaki deneyler sonucunda 10 mm çapa sahip nozul verimi diğerlerine göre daha yüksek bulunmuştur. Üretilen tozların küresel şekilli ve log normal dağılım gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Gas atomization method is widely used for metal powder production. This method is nowadays being investigated in order to increase the efficiency of metal powder production. The most important factor affecting the success of the atomization method is the nozzle geometry. Nozzle geometry has the parameters of throat opening, the throat area, nozzle angle and protrusion length. In this study, the gas flow behavior of the nozzle was modeled using Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis. The most efficient nozzle design was tried to determine by discussing the melt base tip pressure, gas flow rate, and gas speed. According to the best determined design, nozzle was produced and the melt base tip pressure values were measured experimentally. It is found that there is 1 ? 6 % difference in comparison of experimental data and theoretical Reynolds stress model analysis for the melt flow tube base pressure values. Pure tin, silver amalgam, etial 141, AA 2014 and AA7075 aluminum alloy powders were produced and discussed for the nozzle efficiency. It is found that 10 mm melt tip base diameter has higher nozzle efficiency than 14 mm and 8 mm diameter. Produced powders are spherical in shape and have log-normal powder distribution