Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: Yusuf ÇATI
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Mesut Düzgün
Eş Danışman: Stefan Aus Der Wıesche
Özet:
Zorlu koşullar altında fren diski termal davranışının tahmini, acil durum ve sabit hızda frenleme durumları için önemli bir mühendislik problemi haline gelmiştir. Tezin ilk bölümünde, gerçekçi ve zamana bağlı sınır koşulları ile sonlu farklar yöntemi (FDM) kullanılarak bir termal model geliştirilmiştir. Diskteki termal gerilmeler için pratik bir tahmin yöntemi, en yüksek sıcaklığa sahip konumlardan çeşitli zamanlardaki eksenel sıcaklık dağılımları kullanılarak uygulanmıştır. Bunun dışında, modeldeki disk/balata ikilisinin bire bir konfigürasyonu, geliştirilen model ile karşılaştırmak için doğrulanmış bir ticari CFD yazılımı olan Simcenter STAR-CCM+'da modellenmiştir. Bu model kullanılarak, sıcaklığa bağlı malzeme özelliklerinin termal davranış üzerindeki etkisi incelenmiştir. Geliştirilen model, nispeten yeni bir standartta (EN 14535-3) bir demiryolu fren diskinin maruz kaldığı koşulları oldukça hızlı ve makul bir doğrulukla benzeştirebilmektedir. Modeldeki fren diskinin farklı noktalarından alınan veriler ile, 110-160 km/h hız seviyelerinden durma anına kadar ki zamana bağlı sıcaklık dağılımları, ayrıntılı şekilde ortaya konulmuştur. Geliştirilen model Simcenter STAR-CCM+’a göre yaklaşık 94 kat daha hızlı bir şekilde çözüm elde etmektedir. Tezin ikinci bölümünde, deneysel konvektif ısı transferi çalışmaları yürütülmüş ve yeni bir yaklaşımla Nusselt sayısı korelasyonları, yaklaşık 3.75 × 105 dönel Reynolds sayısına kadar belirlenmiştir. Isı transferinin dönen disk üzerindeki akışın kararlılığı üzerindeki etkisi niteliksel olarak gösterilmiştir. Bunun dışında, sabit hızda frenleme durumunda serbest dönen diskin simülasyonu için kompleks bir CFD modeli geliştirilmiş. Bu CFD modelinin yapılan deneylerle doğrulanmıştır. Geliştirilen CFD modelindeki metodoloji kullanılarak düşük dönüş hızı için soğutma kanatçıklarına sahip bir fren diski simüle edilmiştir. CFD modelinin sonuçları, kompleks geometriye sahip fren diskinin gerçekçi test durumunu simüle edebildiği görülmüştür. Tezin çıktıları, fren diskinin acil durumlara yönelik optimizasyon çalışmalarına katkıda bulunacak niteliktedir. Bir diğer katkı ise, yeni deneysel yöntemle doğrulanan CFD modelinden elde edilen Nusselt korelasyonlarının sabit hızda frenleme durumları için hesaplamalarda kullanılabilmesidir.
Anahtar kelimeler : Raylı araç fren diski, zamana bağlı termal modeli, ısıl gerilme,
deneysel konvektif ısı transferi, CFD modellemesi