4. APS KAPLAMALARIN EFEKTĐF ISI ĐLETĐM KATSAYISININ DENEYSEL
5.2. Işınım Çözümü
Işınım çözümünde, ısıl engelleme kaplamasının kullanım alanına uygun bir modelleme yapılmıştır. Modellemede kaplama alt yüzeyine metal ilave edilmiş, üst yüzeyinde ise gaz ortam tanımlanmıştır. Gaz ortamla kaplama bölgesi arasında ışınımla ısı geçişi, kaplama ile metal bölge arasında iletimle ısı geçişi çözümü % 9.4 – % 24.8 –
% 51.6 gözeneklilik oranları için yapılmıştır. Gaz ortamla kaplama bölgesi arasında ışınımla ısı geçişi çözümünde Discrete Ordinates Modeli seçilmiştir
Discrete Ordinates Modeli geniş bir optik kalınlık aralığında kullanılmakta, yüzeyden yüzeye ışınım probleminin çözümünü yapabilmektedir. Ayrıca yarı geçirgen ortamlarda ışınım çözümüne izin vermektedir.
Discrete Ordinates Modeli, sr
yönünde ışınım transfer denklemini ele
burada I bulunduğu yere ve yöne bağlı bir büyüklük olan toplam radyasyon yoğunluğu, R faz fonksiyonu ve Ω′ katı açıyı ifade etmektedir. Işınım transfer denklemi I
( )
rr srλ , spektral yoğunluk için yeniden yazılırsa;
( )
kırılma indeksi n dalga boyundan bağımsız olarak kabul edilmiştir.yanma odaları, türbin bölgeleri, egzoz kısımları ile dizel motorlarında yanma odaları, motor bloğu, valfler vb.) sıcak gazlara maruz olması nedeniyle üst yüzeye gaz ortam tanımlanmıştır.
Gambit programında oluşturulan geometriye ait şematik gösterim Şekil 5.35’te gösterilmiştir. Gerekli düzenlemeler tamamlandıktan sonra sabit sıcaklık çözümüne benzer şekilde, gözenek ve kaplama bölgelerinde üçgen eleman kullanılarak ağ yapısı oluşturulmuştur. Oluşturulan ağ yapısında, farklı gözenek oranları için hücre sayısı 82345 – 202463 ve düğüm noktası sayısı 42062 – 101652 arasında değişmektedir.
Çözüm aşamasında, ısıl engelleme kaplama bölgesine yaklaştıkça sıklaşan, Gaz-üst ve Metal-alt yüzeylerine yaklaştıkça seyrelen bir ağ yapısı oluşturulmuştur.
Şekil 5.35. Işınım çözümü için gözeneklilik oranı % 24.8 olan mikroyapı görüntüsüne ait Gambit programında oluşturulan sınır bölgeleri.
Işınım çözümü için farklı gözeneklilik oranlarına sahip mikro yapı modellerinde oluşturulan ağ yapısına ait düğüm noktası ve hücre sayısı değişimi Çizelge 5.4’de verilmiştir.
Çizelge 5.4. Sabit sıcaklık çözümü için farklı gözeneklilik oranlarındaki ağ yapısına ait düğüm noktası ve hücre sayısı.
Gözeneklilik Düğüm Noktası Hücre Sayısı
% 9.4 42062 83245
% 24.8 64130 127216
% 51.6 101652 202463
Kaplama-gaz-ara sınır bölgesi “Duvar” olarak tanımlanmış ve kaplama-gaz-ara-shadow sınır bölgesi oluşturulmuş, çözüm aşamasında “Coupled” çözüm seçeneği işaretlenerek kaplama-gaz-ara için girilen sınır şartları kaplama-gaz-ara-shadow sınır bölgesi için Fluent 6.1.22 tarafından atanmıştır. Bu yüzeylerde ışınım çözümü için gerekli olan kaplama malzemesine ait emisivite değeri 0,5 olarak belirlenmiştir (Zhu and Miller, 1999; Liebert, 1978). Metal-kaplama-ara, arayüzey (interior) seçildiği için bu bölgede herhangi bir sınır şartı girilmesi gerekmemektedir.
Metal-alt yüzeyi ise soğutucu akışkan ile temas eden yüzey olması nedeniyle, bu yüzeyde sabit sıcaklık sınır şartı atanmış ve sıcaklık değeri 80 °C alınmıştır. Kaplama-sağ, kaplama-sol, metal-sağ ve metal-sol yüzeylerinde adyabatik sınır şart uygulanmıştır. Şekil 5.35’de gösterilen sınır bölgelerine atanan sınır şartları 1000°C’deki çözüm için Çizelge 5.5’de verilmiştir.
Fluent 6.1.22 programında yapılan çözümlerde kaplama-gaz-ara-shadow ve metal-alt yüzeyinden geçen toplam ısı miktarı baz alınmış ve bu iki değer arasındaki fark 1×10-5 olana kadar çözüm yaptırılmaya devam edilmiştir. Kaplama üzerinde tanımlanan gaz bölge içerisinde bulunan hava hareketsiz kabul edilmiştir.
Çizelge 5.5. Fluent 6.1.22 programında 1000°C’de ışınım çözüm için kullanılan sınır
Kaplama-gaz-ara-shadow Duvar Seramik Coupled Emisivite 1.0
Kaplama-sag
Sıcaklığa göre ısıl engelleme kaplamasının efektif ısı iletim katsayısının değişimi için sabit sıcaklık (Đletim Çözümü) ve ışınım çözümünden elde edilen sonuçlar Şekil 5.36’da gösterilmiştir.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
0 200 400 600 800 1000 1200
T
kef (W/mK)
Işınım%9.4 Işınım %24.8 Işınım %51.6
Đ.Ç.%9.4 Đ.Ç. %24.8 Đ.Ç. %51.6
Şekil 5.36. Işınım sabit sıcaklık çözümlerinin karşılaştırılması.
Sıcaklık değerinin 800 ºC alındığı sabit sıcaklık ve ışınım çözümlerinden elde edilen efektif ısı iletim katsayısı değerleri Çizelge 5.6’te verilmiştir.
Çizelge 5.6. Gözeneklilik değişimine göre 800 ºC’de, sabit sıcaklık sınır şartı ve ışınım çözümünden elde edilen efektif ısı iletim katsayısı değerleri.
Gözeneklilik kf,sç
Isıl engelleme kaplama malzemesi olarak seçilen zirkonyum oksit için emisivite değerinin Fluent 6.1.22 çözümlerinde 0.5 olarak alınması nedeniyle çözümler esnasında ısıl engelleme kaplama, üzerine gelen enerjinin bir kısmını yansıtmakta ve sabit sıcaklık sınır şartı çözümüne nazaran metal malzemeye doğru daha az enerji geçirmektedir. Bu nedenle ışınım sınır şartı çözümünde efektif ısı iletim katsayısı değeri sabit sıcaklık sınır şartı çözümünden daha düşük elde edilmiştir.
Sabit sıcaklık çözümü ile ışınım çözümü arasındaki fark incelendiğinde,
Şekil 5.37’de gözeneklilik oranı %9.4 için 1000 ºC için ışınım çözümünden elde edilen gaz, kaplama ve metal bölgeleri içinde meydana gelen sıcaklık dağılımı verilmiştir.
Şekil 5.37. Gözeneklilik oranı % 9.4 olan mikro yapı görüntüsüne ait 1273 K’deki ışınım çözümü için Fluent 6.1.22 analizinden elde edilen sıcaklık dağılımı.
Gaz bölgenin sıcaklığı 1000 ºC iken arada bulunan kaplama nedeniyle kullanım amacına uygun olarak sıcaklık büyük oranda düşmekte ve metal parçaya ulaşana kadar sıcaklık 250 ºC’lere düşmektedir. Kaplama üst ve alt yüzey sıcaklıkları incelendiğinde sıcaklık farkının 370 ºC olduğu gözlenmiştir. Isıl engelleme kaplama sayesinde metal bölge yüksek sıcaklıklardan çok fazla etkilenmemektedir.
Şekil 5.38’de, gözeneklilik oranı % 51.6 olan yapı için 1000 ºC sıcaklığındaki çözüm sonucunda elde edilen sıcaklık dağılımı gösterilmiştir. Gözeneklilik oranı büyük olan bu çözümde ısıl engelleme kaplamasının, gaz bölgeden gelen ısıyı tamamen sönümlediği ve metal bölge sıcaklığının artmasını engellediği görülmektedir.
Şekil 5.38. Gözeneklilik oranı % 51.6 olan mikro yapı görüntüsüne ait 1273 K’deki ışınım çözümü için Fluent 6.1.22 analizinden elde edilen sıcaklık dağılımı.
Fluent 6.1.22 analizi sabit sıcaklık çözümünden elde edilen sonuçlar ile deney sonuçları kıyaslandığında, deneysel sonuçlarının sayısal çözüm ile uyumlu olduğu görülmüştür (Şekil 5.39). Deneyden elde edilen efektif ısı iletim katsayısı değerlerinin sayısal çözümden elde edilen sonuçlardan düşük olmasının sebebi, birbiri üstüne gelerek yaprak şeklinde katılaşan zirkonyum oksit taneleri arasında bulunan boşlukların mikro yapı görüntülerinde görülmemesi ve sayısal analizde bu boşluklardaki temas dirençlerinin hesaba katılmamasıdır.
0.30 0.50 0.70 0.90
0 200 400 600 800 1000 1200
T (ºC)
k (W/m P=0.18
P=0.248
Deneysel (P=0.16)
Şekil 5.39. Fluent 6.1.22 analizi ile deneysel sonuçların kıyaslanması.
BÖLÜM 6
APS KAPLAMALARIN EFEKTĐF ISI ĐLETĐM KATSAYISININ TEORĐK OLARAK TAYĐN EDĐLMESĐ
Heterojen veya kompozit malzemelerin efektif ısı iletim katsayısının modellenmesi, ısı transfer uygulamalarında ilgi duyulan bir alandır. Literatürde efektif ısı iletim katsayısını modelleyecek çok sayıda ifade bulunmaktadır (Wang, et al., 2006).
Isıl engelleme kaplamalarının ısıl özellikleri, kaplama malzemesinin ısıl özelliklerine, kullanılan kaplama tekniğine ve işlem parametrelerine bağlı olarak değişmektedir. Bu faktörler kaplama içinde bulunan gözeneklerin şeklini ve yönünü etkilemektedir.
Literatürde gözeneklerin yerleşimine bağlı olarak simetrik ya da asimetrik olarak sınıflandırılmaktadır. Bu çalışmada, Atmosferik Plazma Sprey kaplamanın gözeneklilik dağılımı, asimetrik olarak kabul edilmiş ve analizlerde bu ifadeler kullanılmıştır.
Hesaplanan efektif ısı iletim katsayısı değerleri, deneylerden elde edilen ve Fluent 6.1.22 analizi ile hesaplanan değerlerle karşılaştırılmıştır. Analitik ifadelerin hesaplanmasında Maple 8 matematik programından yararlanılmıştır.
6.1 Teorik Hesaplama Yöntemi
Asimetrik model için türetilen ilk ifadeler, Maxwell ve Rayleigh tarafında önerilmiştir. Özellikle Maxwell modeli (1892), sürekli matris içerisinde gözeneklerin düşük oranda dağılımı (% 10 gözenekliliğin altında) için uygulanabilmektedir. Bu modelde rasgele dağılmış ve birbirleriyle bağlantısı olmayan küresel gözenek kabulü yapılmış ve
Raghavan ve arkadaşları (1998) sadece gözeneklilik oranının hesaba katıldığı, gözenek şekli ve dizilişinin hesaba katılmadığı;
gözeneklere sahip sürekli matris içinde efektif ısı iletim katsayısını,
) katsayılarını kullanarak, homojen iki fazlı malzemeler için türetilmiştir.
Maxwell-Eucken ifadesi,
şeklinde yazılmaktadır (Wang, et al., 2006 )
Gonzo (2002) ise Maxwell denkleminden yola çıkarak mikrogözenekler için,
)
ifadesini türetmiştir. Bu ifadede β,
m
ile hesaplanmaktadır. Türetilen bu denklem, orta ve düşük gözeneklilik oranlarına sahip gözenekli yapılar için kullanılan bir ifadedir.
Baker (1997), iki boyutlu mikro yapı resminden yola çıkarak dairesel ve elips şeklindeki gözeneklere sahip yapının efektif ısı iletim katsayısını analitik olarak hesaplamıştır. Rasgele dağılımlı (iki – boyutlu) dairesel gözenekler için efektif ısı
Elips şekilli 2 boyutlu gözenekler için,
( )
Biçim faktörü n (n > 0) elipsin boyutlarına bağlı olarak türetilmiştir ve
∫
+ + +Efektif Ortam Teorisinde ise (EMT) gözeneklerin matris içinde rasgele dağıldığı
ifadesi ile verilmektedir (Wang, et al., 2006).
6.2. Teorik Hesaplama Sonuçları
Teorik hesaplama sonuçlarına yönelik literatür araştırması sonucunda ısıl engelleme kaplamalarının efektif ısı iletim katsayısının hesaplanabileceği ifadeler incelenmiştir. Bu çalışmaların iki grupta toplandığı belirlenmiştir. Çalışmaların bir kısmında gözenek oranlarının dikkate alındığı bir kısmında da gözenek oranının yanında, gözenek şekillerinin ve boyutlarının hesaplamalara katıldığı tespit edilmiştir.
Gözenek şekillerinin ve boyutlarının dikkate alınmadığı Raghavan (1998), Maxwell-Eucken (Wang, et al., 2006) ve Gonzo (2002) ifadeleri 800 ºC için farklı gözeneklilik oranlarında incelendiğinde, çok yakın sonuçlar elde edildiği görülmüştür (Şekil 6.1). Düşük gözeneklilik oranlarında (% 25’e kadar) birbirleriyle uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Gözeneklilik oranı arttığında Maxwell-Eucken ifadesi ile Gonzo ifadesi arasında ortalama % 4.5’lik fark, Maxwell-Eucken ve Raghavan ifadeleri arasında % 6.5 ve Gonzo ile Raghavan ifadeleri arasında % 1.14’lük fark oluşmaktadır.
0.20
0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55
P
kef/km Raghavan
M-E Gonzo
Şekil 6.1. Raghavan (1998), Maxwell-Eucken (Wang, et. al., 2006) ve Gonzo (2002) ifadelerinden elde edilen 800 ºC için gözenekliliğe göre kef / km değişimi.
Maxwell-Eucken, Gonzo, Baker, Efektif Ortam Teorisi (EMT) ifadelerinden ve Fluent 6.1.22 analizi sonucunda 800 ºC için elde edilen (kef/km) boyutsuz ısı iletim katsayısının gözenekliliğe göre değişimi Şekil 6.2’de verilmiştir. Fluent 6.1.22 analizinden elde edilen efektif ısı iletim katsayısı değerleri ile Maxwell-Eucken (2006) ve Gonzo (2002) ifadelerinde düşük gözeneklilik oranları (% 9.4 - % 18) için elde edilmiş efektif ısı iletim katsayısı değerleri arasında % 20’lik bir fark bulunmaktadır.
Gözeneklilik oranı arttığında ise (% 24.8 - % 51.6) fark % 40 değerlerine çıkmaktadır.
EMT (2006) ifadesinde de düşük gözeneklilik oranı için %20’lik fark, yüksek gözeneklilik oranlarında %33’lük fark olduğu tespit edilmiştir. Bu ifadeler ile Fluent 6.1.22 analizi arasındaki farkın büyük olmasının sebebi, söz konusu çalışmalarda gözenek şekillerinin kaplamanın her bölgesinde aynı ve kaplama boyunca homojen bir dağılım olduğu kabulünün yapılmasıdır.
Baker ifadesinde için yapılan hesaplamalarda her bir gözeneklilik oranında ortalama bir gözenek boyutu tespit edilmiş ve bu değerler kullanılmıştır. Gözenek
kaynaklanmaktadır.
Maxwell-Eucken, Gonzo ve EMT ifadelerine göre sonuç veren Baker (1997) ifadesi diğer ifadelerin aksine yüksek gözeneklilik oranları için de Fluent 6.1.22 çözümüyle uyumludur.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
P
kef/km
M-E Gonzo Baker EMT Fluent
Şekil 6.2. Maxwell-Eucken, Gonzo, Baker, EMT ifadeleri ve Fluent 6.1.22 analizinden elde edilen 800 ºC’de farklı gözeneklilik oranları için kef / km değişimi.
Fluent 6.1.22 analizinden elde edilen efektif ısı iletim katsayısı değerleri ile literatürde bulunan Ravichandran ve diğerleri (1999) tarafından yapılan deneysel çalışma sonuçlarının yakın olduğu belirlenmiştir (Şekil 6.3). Ravichandran ve diğerleri
(1999), yaptıkları deneysel çalışmada % 12 gözeneklilik oranında % 8 yitriya takviyeli zirkonya esaslı Atmosferik Plazma Sprey kaplama kullanmışlardır. Deney sonuçlarında kaplama malzemesinin efektif ısı iletim katsayısını sıcaklığa bağlı olarak 1 – 1.4 W/m K arasıda değiştiğini görmüşlerdir. Tez çalışmasında % 12.4 gözeneklilik oranı için Fluent 6.1.22 analizinden hesaplanan efektif ısı iletim katsayısı sıcaklığa bağlı olarak 1.12 – 1.31 W/m K arasında değiştiği tespit edilmiştir. Ravichandran ve diğerleri (1999) tarafından yapılan deneysel çalışma ile Fluent 6.1.22 analizi arasında ortalama % 8’lik fark bulunmaktadır. Bu sonuç yapılan sayısal çözümün Atmosferik Plazma Sprey kaplamaların efektif ısı iletim katsayılarını tayin etmede güvenilir bir yaklaşım olduğunu göstermektedir.
Teorik yöntem ile efektif ısı iletim katsayısının sadece gözeneklilik oranının dikkate alındığı ifadelerle hesaplanması durumunda hatalı sonuçlar elde edileceği gözlemlenmiştir.
0 1 2 3
0 200 400 600 800 1000 1200
Sıcaklık
kef
kef( Fluent) kef(Literatür) kef(Gonzo ifadesi) kef(Baker ifadesi)
Şekil 6.3. Gözeneklilik oranı % 12.4 olan mikro yapı için Gonzo, Baker ifadeleri ve Fluent 6.1.22 analizinden elde edilen kef değerlerinin Raghavan ve arkadaşları (1999)
tarafından yapılan deneysel sonuçlar ile karşılaştırılması.
ömürlerinin uzatılması, buna bağlı olarak oluşacak maliyetlerin önemli ölçüde azaltılmasını sağlayan ısıl engelleme kaplamaları, ileri teknoloji gerektiren mühendislik uygulamalarında tercih edilen önemli bir kaplama türüdür. Gözenekli yapıya sahip bu kaplamalar için en önemli parametrelerden biri olan gözeneklilik oranının değişiminin, ısı iletim katsayısına etkisinin incelendiği çalışmaların yeterli olmadığı tespit edilmiştir.
Özellikle Atmosferik Plazma Sprey yöntemiyle yapılmış ısıl engelleme kaplamalarında, gözeneklilik değişiminin efektif ısı iletim katsayısına etkisinin incelendiği ve gerçek mikro yapı görüntülerinin kullanılarak sayısal analizinin yapıldığı bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bu konudaki eksiklikler nedeniyle yapılan bu çalışmada, farklı gözeneklilik oranlarına sahip kaplamalarda efektif ısı iletim katsayıları deneysel, sayısal ve analitik olarak hesaplanmıştır.
Deneysel çalışmalar kapsamında gerek literatür araştırmalarından, gerekse de deneysel çalışmalardan elde edilen tecrübelere dayanarak, ısıl engelleme kaplamalarının ısı iletim katsayısının doğru olarak tayin edilebilmesinin zor bir işlem olduğu belirlenmiştir. Bunun en büyük nedenlerinden biri kaplamanın çok ince olmasıdır.
Pratikte 0.2 mm mertebelerinde uygulanmaktadır. Deneysel çalışmaların ilk aşamalarında, numunelerin kaplama kalınlıkları pratiğe uygun olarak yapılmıştır.
Ancak ince katmandaki ölçüm işleminin zor olması nedeniyle kaplamanın üniform yapısını ve özelliklerini bozmadan 0.55 mm kalınlık mertebelerinde kaplamalar yapılmıştır. Kaplama kalınlığının artırılması, kaplama boyunca meydana gelen sıcaklık farkının daha büyük olması sebebiyle, ölçüm kolaylığı sağlamakta, deneysel hataları azaltmakta ve ısı iletim katsayısının daha doğru tayin edilmesini sağlamaktadır. Daha kalın kaplamalar yapılması durumunda, kaplamanın metal yüzeye yapışmasında zorluklar ve ölçüm amacıyla yüksek sıcaklıklara ısıtma işlemleri esnasında metal yüzeyinden kalkmalar meydana gelmektedir.
Efektif ısı iletim katsayısının sayısal yöntemle tayininde, metalurjik inceleme sonucunda elde edilen mikro yapı görüntüleri analizi yapılabilecek geometrilere dönüştürülmüş ve analiz amacıyla Fluent 6.1.22 programı kullanılmıştır. Sayısal yöntemde yaşanabilecek en büyük zorluk, gerçek mikro yapı görüntülerinin analizi yapılacak geometriye uygun biçimde dönüştürülmesidir. Uygun olmayan dönüştürme işlemi yapılması durumunda, hem efektif ısı iletim katsayısı değerleri hem de kaplama içerisindeki sıcaklık dağılımı hatalı olarak elde edilmektedir. Tez çalışmasında izlenen yöntem ile numunelerin gerçek mikro yapılarına uygun olarak hassas biçimde dönüşüm işlemleri yapılmıştır. Dönüşüm işlemlerinin doğruluğu metalurjik inceleme sonucunda elde edilen gerçek görüntüler ile analiz için oluşturulan geometrinin gözenek boyutları ve oranları da kontrol edilerek doğrulanmıştır.
Literatür araştırmasında mikro yapı görüntülerini herhangi çizim programına ihtiyaç duymadan analiz yapabilen OOF isimli yeni geliştirilmiş bir program olduğu ve çizim hassasiyeti sorununun ortadan kaldırıldığı belirlenmiştir. Ancak bu programın dezavantajlarından biri sınır şartlarının çok fazla değiştirilememesi ve sadece sabit sıcaklık sınır şartı için ısıl analiz yapabilmesidir. Đkinci büyük dezavantajı ise analiz için gerekli olan gözeneksiz seramik malzemenin ısı iletim katsayısının, Fluent 6.1.22 programında olduğu gibi sıcaklığa bağlı olarak girilememesi, sabit bir değer atanarak çözüm yapılmasıdır. Bu işlem Fluent 6.1.22 programında denemiş ve seramik malzemenin ısı iletim katsayısının sabit alınarak yapılan analiz ile sıcaklığa göre değişiminin kullanıldığı analiz sonuçları arasında ortalama % 4 oranında fark olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle, doğru modellemenin yapılabilmesi için tez çalışmasında gözeneksiz seramik malzemenin ısı iletim katsayısının sıcaklığa göre değişimi kullanılmıştır. Ayrıca tez çalışması kapsamında yapılan analizlerin bir avantajı da kaplamanın gerçek çalışma şartlarına da uygun olarak modellenebilmesidir.
Sayısal analizde, yalnızca kaplama bölgesinde meydana gelen sıcaklık dağılımının incelendiği model ile kaplamanın kullanım alanına uygun olan metal, kaplama ve sıcak gazlardan oluşan ışınım modeli ele alınmıştır. Đki model arasında gözeneklilik oranı % 9.4 için fark % 0.6 iken, gözeneklilik oranı % 51.6 için farkın
modellemenin doğruluğunu göstermekte olup, maliyeti yüksek olan deneysel çalışmalardan önce ön değerler elde etmek amacıyla kullanılabilecektir.
Analitik hesaplamada Baker (1997) modeli, gözenek boyutlarının ve dağılımlarının dikkate alınması sebebiyle Fluent 6.1.22 analizinden elde edilen sonuçlara % 8.5 oranında yakın değerler vermiştir. Ancak gözenek şekillerinin ve boyutlarının dikkate alınmadığı diğer modeller olan Maxwell-Eucken, Gonzo, Baker, Efektif Ortam Teorisi (EMT) ifadeleriyle, elde edilen sonuçlar arasındaki farklılık ortalama % 30 oranlarındadır.
Tez çalışmasında kullanılan deneysel, sayısal ve teorik analizlerin her birinden elde edilen sonuçlarda görüldüğü gibi, kaplama içerisindeki gözenek oranı arttıkça efektif ısı iletim katsayısı değerleri azalmaktadır. Artan gözenek oranı sprey mesafesinin artmasıyla, plazmadan geçerken eriyen tozların ana metale daha uzun sürede ulaşması ve bu esnada daha çok soğuması esası ile elde edilmiştir. Bu seçenek daha yüksek gözenek elde edebilmek için uygulaması kolay, ek maliyet getirmeyen bir çözüm sunmaktadır. Ancak arzu edilen bu sonuç elde edilirken, ısıl engelleme kaplamasının zorlu çalışma koşullarında sadece düşük ısıl iletkenliğinin yeterli olmadığı da göz önüne alınmalıdır.
Ayrıca bu çalışma ile teorik çözümün mümkün olmadığı alanlarda, yaygın bir şekilde kullanılan sayısal çözümlemelerin, ısıl engelleme kaplamalarında başarıyla kullanılabileceği deneysel veriler ile olan uyumu sonucunda gözlenmiştir.
Gelecekte, havacılık sektöründe kullanılacak gaz türbinli motorlarda ve enerji santrallerinde kullanılacak gaz türbinlerinde, türbin sıcaklıklarının daha yüksek olacağı, kaplamaların giderek yaygınlaşacağı ve geliştirilmiş özelliklere sahip yeni nesil ısıl engelleme kaplamalarına her zamankinden daha çok ihtiyaç duyulacağı şüphesizdir.
Yeni nesil ısıl engelleme kaplamalarına yönelik çalışmalarda, bu tez çalışmasında önerilen metodolojinin kullanılmasının isabetli, hızlı, ekonomik ve kolay çözümler sunacağı değerlendirilmektedir.
An, K., Han, M.K., 2006, An Experimental Technique to Evaluate The Effective Thermal Conductivity of Y2O3 Stabilized ZrO2 Coatings, Mater. Sci., 41, 2113- 2120.
ASTM C177, 1990, Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded Hot Plate, ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 8 p.
ASTM E1225, 2004, Standard Test Method for Thermal Conductivity of Solids by Means of the Guarded-Comparative-Longitudinal Heat Flow Technique, ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 8 p.
ASTM E1113, 2004, Standard Test Method for Thermal Conductivity of Recractories by Hot Wire, ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 6 p.
ASTM E1461, 2002, Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method, ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 13 p.
Bakker, K., 1997, Using The Finite Element Method To Compute The Đnfluence Of Complex Porosity And Đnclusion Structures On The Thermal And Electrical Conductivity, International Journal of Heat and Mass Transfer, 40 (15), 3503-3511.
Baysal, M.S.S., 2001, Silindirik Elyaf ve Tanecik Katkılı Karma Malzemelerin Efektif Isı Đletim Katsayısı, Doktora Tezi, ĐTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Đstanbul, 126 s.
Bjerregaard, L., Geels, K., Hesen, B.O., Rückert, M., 1992, Metalog Guide, Struers Tech A/S, 111p.
KAYNAKLAR DĐZĐNĐ (Devam)
Bjorneklett, A., Haukeland, L., Wigren, J., and Kristiansen, H., 1994, Effective Medium Theory And The Thermal Conductivity Of Plasma-Sprayed Ceramic Coatings, Journal of Material Science, 29, 4043-4050.
Blann, G., 1997, Preparation of Thermally Sprayed Coatings, Technical Notes, vol.1, issue 2, 4p.
Bolot, R., Antou, G., Montavon, G., and Coddet, C., 2005, A Two-Dimension Heat Transfer Model For Thermal Barrier Coating Average Thermal Conductivity Computation, Numerical Heat Transfer Part A., 47, 875-898.
Brandt, R., Pawlowski, L., Neuer, G., Fauchais, P., 1986, Specific Heat and Thermal Conductivity of Plasma Sprayed Yttria-Stabilized Zirconia and NiAl, NiCr, NiCrAl, NiCrAlY, NiCoCrAlY Coatings, High Temperatures -High Pressures, 18, 65-77.
Brindley, W.J., Miller, R.A., 1989, Thermal Barrier Coatings for Better Engine Efficience, Advanced Materials & Processes, 8, 29-33.
Carson J.K., Lovatt S.J., Taner D.J., Cleland A.C., 2005, Thermal Conductivity Bounds for isotropic, porous materials, International Journal of Heat and Mass Transfer, 48, 2150-2158.
Cernuschi, F., Ahmaniemi, S., Vuoristo, P., Mäntylä, T., 2004, Modelling of thermal conductivity of porous materials: application to thick thermal barrier coatings, Journal of the European Ceramic Society, 24, 2657-2667.
Clarke, D.R., Phillpot, S.R., June 2005, Thermal Barrier Coating Materials, Materials Today, 22-29.
Collishaw P.G., Evans J.R.G., 1994, An assessment of expressions for the apparent thermal conductivity of cellur materials, Journal of Material Science, 29, 2261-2273.
Dorvaux, J.M., Lavigne, O., Mérvel, R., Poulain, M., Renollet, Y., Rio, C., 1997, Modelling The Thermal Conductivity of Thermal Barrier Coatings, AGARD Report 823, Canada Communication Group Inc, 20 p.
Dutton, R., Wheeler, R., Ravichandran K.S., and An, K., 2000, Effect of heat treatmant on the thermal conductivity of plasma-sprayed thermal barrier coatings, J.
Thermal Spray Technol., 9 (2), 204-209.
Exner, H.E., 1997, Scanning Electron Microscopy, Metallography and Microstuructures, ASM Handbook, Metallography and Microstuructures, vol.9, 775p.
Filla, B.J., 1997, A Steady-State High-Temperature Apparatus For Measuring Thermal Conductivity of Ceramics, Rev. Sci. Instrum., 68 (7), 2822-2829.
Fu, X., Viskanta, R., and Gore, J.P., 1998, Prediction of Effective Thermal Conductivity of Cellular Ceramics, Int. Comm. Heat Mass Transfer, 25, 2, 151-160.
Geçkinli, A.E., 1991, Đleri Teknoloji Malzemeleri, ĐTÜ Matbaası, 287 s.
Gitzhofer, F., Pawlowski, L., Lombard, D., Martin, C., Kaczmarek, R., and Boulos, M., 1985, The apparent thermal diffusivity and thermal contact resistance in plasma sprayed coatings, High Temperatures -High Pressures, 17, 563-573.
Gonzo, 2002, Estimating Correlation for the Effective Thermal Conductivity of Granular materials, Chemical Engineering Journal, 90, 299-302.