Grafen takviyeli polimerik kompozit kompakt ısı değiştiricisi tasarımı ve üretimi
The design and manufacture of compact heat exchanger from graphene reinforced polymeric composite
Yazar: AYSUN GÜVEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖZAY AKDEMİR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tezde, çeşitli oranlarda (%5, 10, 15 ve 20) modifiye edilmiş grafen, (%10, 20, 30, 40 ve 50) sentetik grafit, %1.5 ve 3 oranında modifiye edilmiş grafen ve (%10, 20, 30,40 ve %50) sentetik grafit dolgulu polipropilen matris malzemesine eklenerek grafen ilavesinin polimerik kompozit malzemenin mekanik ve termal özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Grafenin homojen dağılmasını sağlamak için Polidiallil dimetil amonyum klorür (PDDA) çözeltisine ilave edildikten sonra ultrasonik homojenizatörde karıştırılarak modifiye grafen elde edilmiştir. Ağırlıkça değişik oranlarda grafen, sentetik grafit ve iki takviyeli grafen ve sentetik grafit içeren polipropilen(PP) reçine ekstrüzyonla üretilerek, enjeksiyon metodu ile numuneler üretilmiştir. Takviye etkilerini araştırmak için erime akış hızı tayini analizi, çekme testleri, üç nokta eğilme testleri, darbe testleri, TGA, TMA, DSC ve SEM analizleri gerçekleştirilmiştir. Termal iletkenlik sonuçlarına göre PP için kalınlık boyunca en yüksek 0.9 W/mK düzlem boyunca ise 4.6 W/mK değerine ulaşılmıştır. Grafen burada sinerjik etki yaratarak termal iletkenlik değerini arttırmıştır. Isı iletim katsayısının belirlenmesi için ise ısı değiştiricisi tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Soğuk akışkanın ısı değiştiriciye giriş sıcaklığı 10°C'de sabit tutularak sıcak akışkanın giriş sıcaklığı 40°C, 50°C ve 60°C olacak şekilde ayarlanarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Her bir sıcaklık ayarlamasında pompa debileri %20, %40, %60, %80, %100 ayarlanarak farklı kütlesel debi değerleri sağlanarak her bir numune için değerlendirmeler yapılmıştır. Her bir polimerik kompozit malzeme için ısıl iletkenlik katsayıları hesaplanmıştır.

Abstract:
In this thesis, modified graphene (5,10,15 and 20 wt%), shynthetic graphite (10, 20, 30, 40 and 50 wt%), 1.5 and 3 wt% modified graphene and (10, 20, 30, 40 ve 50 wt%) synthetic graphite were added in polypropylene matrix to investigate thermal and mechanical effect of reinforcements on polimeric composite material. To obtain a homogeneous graphene dispersion, a PDDA solution was added in graphene and mixed by using ultrasonic homogenizer. Polypropylene resin with both single and multiple reinforcements graphene along with synthetic graphite extruded and samples were produced by injection method. To investigate the effect of reinforcements, melt flow rate, tensile tests, three point bending tests, impact tests, TGA, TMA, DSC and SEM analyzes were performed. According to the results, the highest through-plane and in-plane thermal conductivity were reached to 0.9 W/mK and 4.6 W/mK, respectively. The thermal conductivity of polypropylene was increased due to synergistic effect of graphene. Design and production of compact heat exchanger has been carried out to determine the heat transfer coefficient with respect to thermal and mechanical properties of fabricated composite material. Experiments were carried out by adjusting the inlet temperature of the hot fluid to 40 °C, 50 °C and 60 °C by keeping the inlet temperature of the cold fluid at 10 °C.  At each temperature, capacity of pump were adjusted for 20%, 40%, 60%, 80%, 100% to provide different mass flow rates for each sample. The thermal conductivity coefficients for each polymeric composite material were calculated.