Özet:
Üniversiteler ve AR-GE merkezleri, mevcut ürünleri iyileştirme ve yeni ürünleri
geliştirme çalışmalarına odaklanmıştır. Bu çalışmalardan önce, yeni ürün geliştirme
faaliyetleri deneme yanılma yoluyla ve tecrübeye dayalı olarak
gerçekleştirilmekteydi. Deneme ve yanılma yoluyla, genellikle optimum sonucu elde
etmek, oldukça güçtür. Bu denemeler, çok kaynak ve zaman harcanmasına neden
olmaktadır. Araştırmacılar, iplik üretim tesislerinde optimum proses şartlarını
bulabilmek için çalışmaktadır. İplik çekme prosesinde, polimerin özelliklerini
etkileyecek birçok parametre bulunmaktadır. Ancak, iplik soğutma prosesindeki
sıcaklık ve hava hızı parametreleri, iplik fiziksel özelliklerini doğrudan etkileyen ve
kontrol edilebilir başlıca parametrelerdir. Gerçekleştirilen bu tez çalışmasının
amacı, iplik soğutma proses şartlarında, iplik sıcaklık profilinin ortaya konulması
için taşınım ile gerçekleşen ısı transfer katsayılarının belirlenmesidir.
Tez çalışması yedi ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmaya başlama
nedenleri ve ulaşılmak istenen sonuçlar genel olarak açıklanarak giriş yapılmıştır.
İkinci bölümde, iplik çekme prosesi, deneysel tasarım ve modelleme çalışmaları
hakkında genel bilgiler paylaşılmıştır. Ardından, çalışmada referans alınan şartların
daha iyi anlaşılabilmesi için, iplik soğutma prosesi tanıtılmıştır. Ardından, deneysel
tasarım mekanizmaları ve deneysel sonuçların incelenmesine yönelik araç ve
gereçler açıklanmıştır.
Üçüncü bölümde, konu ile ilgili önceki araştırmacıların yayınları verilmiştir. Bu
yayınların tez konusu ile ilgili kısımları vurgulanmış, tez çalışmasının bu
yayınlardan farkı belirtilmiştir. Literatür çalışması temel olarak, iplik çekme prosesi,
iplik soğutma prosesi ve taşınım ısı transfer katsayılarının belirlenmesi konu
başlıklarından oluşmaktadır. Literatür araştırmasının ardından konu ile ilgili ticari
patentlere ve patent başvurularına da yer verilmiştir. Gerçekleştirilen literatür
çalışmalarında araştırmacılar, kendi çap aralığı ve hız aralığında deneylerini
gerçekleştirmiştir. Literatürdeki hiçbir çalışma, çap değerinin 0,2 mm ile 1,0 mm
aralığında, hat hızının 120 m/dk’dan düşük olduğu durum için çalışmalar
gerçekleştirmemiştir. Daha yüksek hat hızları (5000 m/dk’ya kadar) ve daha düşük
iplik çap değerleri (10-100 μm) üzerine çalışıldığı için, Reynolds sayısı aralığı da
oldukça yüksektir. Bu tez çalışmasında ise tekil iplik üretim hattı referans alınarak
parametreler seçilmiştir.
Dördüncü bölümde, tel yüzey sıcaklığı hesaplamasıyla ilgili teorik çalışmalara yer
verilmiştir. Ayrıca, bir boyutlu Newtonian ve Newtonian olmayan akış denklemleri,
kütle dengesi, enerji dengesi ve kuvvet dengesi kullanılarak ortaya konulmuştur.
Denklemler, Euler metoduyla nümerik olarak çözülmüştür.
Beşinci bölümde, Yıldız Teknik Üniversitesi’nde gerçekleştirilen deneysel
çalışmalara yer verilmiştir. Deney düzeneğinin kurulumu, ekipmanları ve
deneylerin nasıl gerçekleştirildiği açıklanmıştır. Deneysel çalışmalardan önce, test
düzeneğinin ve ölçüm sisteminin belirsizlik analizleri yapılmıştır. Test düzeneğinin
ilgili parametreleri anlamlı bir şekilde ölçüp, ölçemeyeceği irdelenmiştir.Deneysel
tasarımlar ve analizler, ticari bir yazılım olan Matlab programında
gerçekleştirilmiştir. 0,2 mm ile 1,0 mm aralığındaki çaplarda 5 farklı direnç teli ile
deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneylerde kullanılan hava hızları 0,5 ile 5,0 m/sn
aralığında değişmektedir. Tel çapı ve hava hızı değerleri, tekil iplik üretim
prosesinin soğutma sistemi referans alınarak belirlenmiştir. Deneyler hem çapraz
hem de paralel akış için gerçekleştirilmiştir. Literatür çalışmaları kapsamında,
paralel akış için gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, Kase ve Matsuo, Golzar,
Okoshi, Zieminski, Glicksman, Copley ve Brünig korelasyonları ile karşılaştırılmıştır.
Çapraz akış kapsamında gerçekleştirilen deneysel çalışmaların sonuçları,
literatürde bulunan Churchill ve Bernstein, Hilpert, Fand ve Keswani, Mc Adams,
Dito, Kase ve Matsuo ve Brünig korelasyonları ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca bunların,
deneysel çalışmadan % olarak sapma miktarları verilmişir. Deney sonuçları, benzer
Reynolds sayısı aralığında, literatürdeki çalışmalar ile uyum içerisindedir.
Altıncı bölümde, Matlab ticari yazılımı ve dördüncü bölümde elde edilen denklemler
kullanılarak, iplik hızı, iplik çapı ve gerilme değerlerinin elde edildiği simulasyon
çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Model sınırları, düzeden çıkan polimer ile ilk sarım
godeti arasıdır. Polimer akışı, bir boyulu Newtonian ve Newtonian olmayan akış
olarak kabul edilerek, her iki durum için simulasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu
çalışmada, polimerin moleküler yapısı ve kristalizasyon etkileri dikkate
alınmamıştır. Kurulan modelin doğrulanması için, gerçekleştirilen simulasyon
sonuçları ile aynı zamanda Kordsa Teknik Teksil A.Ş.’nin de danışmanı olan Dr.
Kikutani’nin çalışma sonuçları karşılaştırılmıştır.
Yedinci bölümde sonuçlar değerlendirilerek öneriler sunulmuştur