Çamaşır makinesi dengeleme halkasının modellenmesi
Modeling of washing machine' s balance ring
Yazar: EMİN ÖVÜNÇ ŞENGÜN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dengeleme = Balancing ; Çalkalama = Scrambling ; Çamaşır makineleri = Washing machines ; İnterpolasyon yöntemleri = Interpolation methods

Özet:
Günümüzde, artan rekabet sebebiyle çamaşır makinesi üreticileri müşterilerine birçok yeni özellik sunmaktadır. Bu özellikler sayesinde; yıkama performansı, enerji verimliliği, sürdürülebilirlik gibi konularda öncü olmak, tercih edilirliği arttırmak amaçlanmakta ve teknolojinin desteğiyle birçok yenilik ortaya konmaktadır. Çamaşır makinelerine eklenen farklı özelliklerin yanında müşteriler tarafından önem verilen en önemli özelliklerden biri de, yıkama performansıdır. Çamaşır makinesi üreticileri, yıkama performansını geliştirebilmek amacıyla; ürettikleri çamaşır makinelerini çeşitli motor sürüş algoritmaları ile farklı devir aralıklarında çalıştırmaktadır. Amortisör, yay gibi komponentler ve çalışma süresince gerek büyüklükleri gerekse de konumları değişen kütleler içeren çamaşır makinelerinin, farklı devir aralıklarında çalışması tasarım için zorlayıcı bir durum ortaya çıkarmaktadır. Bu zorlayıcı duruma; fiziksel koşullar ve kullanıcı alışkanlıkları gibi etmenler etki ettiğinde, önemli stabilizasyon ve titreşim problemleri oluşmaktadır.
Bu çalışma kapsamında; çamaşır makinesi stabilizasyonunun sağlanması ve titreşiminin azaltılması amacıyla hem üstten yüklemeli hem de önden yüklemeli çamaşır makinelerinde uygulamaları görülmüş olan dengeleme halkasının, üstten yüklemeli çamaşır makinesi özelinde sayısal olarak modellenmesi amaçlanmıştır. Dengeleme halkası içerisinde bulunan, dengeleme için kullanılan sıvı ve bu sıvının çalkalanma hareketi; akışkan dinamiğindeki Lagrange yaklaşımını temel alan ve ağ yapısız bir yöntem olan interpolasyonlu tanecik metoduyla modellenmiştir.
Çalışma iki ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde; dengeleme halkasının çalışma prensibi ve dengesizlik kavramı teorik olarak açıklanmış, dengeleme halkasının ve interpolasyonlu tanecik yönteminin literatürdeki uygulamalarından örnekler verilmiştir. Kapalı kap içerisindeki çalkalanma hareketi, interpolasyonlu tanecik yöntemiyle modellenmiştir. Bu yöntemle elde edilen sonuçlar, hem deneysel hem de hesaplamalı akışkanlar mekaniğiyle modellenmiş literatürdeki farklı çalışmalarla karşılaştırılmıştır. İkinci bölümde ise; dengeleme halkasının nümerik modelleme metodolojisi oluşturulmuştur. Basitleştirilmiş öncül analizlerle, olayın fiziği anlaşılmış ve modele etki eden kuvvetler değerlendirilmiştir. Metodoloji için geliştirilen model üzerinde; dengeleme halkası içerisindeki sıvı miktarının, dengeleme halkası tasarımının, interpolasyonlu tanecik oluşturma metodunun ve interpolasyonlu tanecik sayısının dengelemeye olan etkileri araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, oluşturulan senaryolar arasından stabilizasyona katkı sağlayan en uygun dengeleme halkası tasarımı ve sıvı doluluk oranı tespit edilmiştir.

Abstract:
In today, washing machine manufacturers offer many new features to their customers due to increasing competition. Thanks to these features; it is aimed to be a pioneer in issues such as washing performance, energy efficiency, sustainability and to increase preferability, and many innovations are introduced with the support of technology. In addition to the different features added to the washing machines, one of the most important features given importance by the customers is the washing performance. In order to improve the washing performance, washing machine manufacturers operates the washing machines that they produce at different speed intervals with various engine driving algorithms. The operation of washing machines, which contain components such as shock absorbers, spring and masses that change both in size and position during operation, at different speed ranges creates a challenging situation for the design. When factors such as physical environment and user habits affect this challenging situation, significant stabilization and vibration problems arise.
In this study, it is aimed to numerically model the balance ring, which has been used in both top-load and front-load washing machines, in order to stabilize the top-loader washing machine and reduce its vibration. The fluid in the balance ring that used for stabilitation and the sloshing motion of this liquid are modeled by the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method, which is a method based on Lagrange approach in fluid dynamics and does not have mesh.
The study consists of two parts. In the first part; the working principle of the balance ring and the concept of unbalance are explained theoretically, examples of the balance ring and the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method in the literature. The sloshing motion in the closed vessel is modeled by the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method. The results obtained by this method were compared with different studies in the relevant literature, in which both experimental and computational fluid mechanics were applied. In the second part; the numerical modeling methodology of the balance ring is created. With simplified premise analyses, the physics of the event is understood and the forces acting on the model were evaluated. On the model developed for the methodology; the effects of the amount of liquid in the balance ring, the design of the balance ring, the smoothed particle generation method and the number of interpolated particles on the balancing were investigated. According to the results, the most suitable balance ring design and liquid fill rate that contributes to the stabilization among the scenarios created were determined.