Hidrofobik Yüzeylerin Buzlanmayı Engelleme Üzerine Etkilerinin İncelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, hidrofobik yüzeylerin buzlanma üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmanın temel amacı, yüzey özelliklerinin buz oluşumu üzerindeki rolünü belirleyerek, farklı yüzey kaplamalarının buzlanmayı geciktirme ve yüzey koruma performanslarını karşılaştırmalı olarak değerlendirmektir. Bu kapsamda, içinden soğutucu akışkan geçirilen alüminyum bir boru kullanılarak, yüzey sıcaklığı düşürülmüş; çevresinden farklı bağıl nem oranlarında (%45, %65, %75), 5000 – 15000 Reynolds sayısı aralığında hava geçirilerek boru dış yüzeyinde buzlanma davranışı baz alüminyum ve Ultra Ever Dry süperhidrofobik kaplama solüsyonu (UED), ağırlıkça %0.50 grafen içeren Ultra Ever Dry solüsyon (UEDG50), ağırlıkça %0.50 kenevir tozu içeren Ultra Ever Dry solüsyon (UEDKT50) kaplamalı yüzeyler için incelenmiştir. Buzlanma performansı, donma sıcaklıkları ölçülerek belirlenmiştir. Ayrıca, yüzey pürüzlülüğünün donma direnci üzerine etkileri de incelenmiştir. Bunlara ilaveten, süperhidrofobik yüzeylerin aşınma performansları test edilmiştir. Elde edilen bulgulara göre, tüm kaplamalı yüzeyler alüminyum yüzeye göre buzlanmaya karşı daha dirençli davranış sergilemiştir. Özellikle UEDKT50 yüzeyi, %45 bağıl nem ve 5000 Reynolds sayısı koşulunda –5.70 °C ile en düşük donma sıcaklığını sergileyerek buzlanmayı baz alüminyum yüzeye kıyasla yaklaşık %349 oranında geciktirdiği ortaya konmuştur. Sonuç olarak, süperhidrofobik yüzeylerin hidrofilik ve hidrofobik yüzeylere kıyasla buzlanma direncini önemli ölçüde arttırdığı ortaya konmuştur. Genel olarak, Reynolds sayısı arttıkça yüzeylerin donmaya karşı gösterdiği direnç azalmaktadır. Benzer şekilde, nem oranları da arttıkça donma direnci azalmaktadır. Ayrıca, UEDKT50 yüzeyinin en yüksek yüzey pürüzlülüğüne (6.33 µm) ve en düşük mekanik sürtünme katsayısına (1.13) sahip olmasıyla, buzlanma direnci ve de yapışma dayanıklılığını en iyi şekilde sağladığı, dolayısıyla yüzey pürüzlülüğü, süperhidrofobiklik ve kaplama malzemesinin buzlanma ve aşınma direnci üzerinde doğrudan etkili olduğunu ortaya konmuştur.

In this thesis study, the effects of hydrophobic surfaces on icing were experimentally investigated. The main objective of the study is to determine the role of surface properties on ice formation and to comparatively evaluate the performance of different surface coatings in delaying icing and providing surface protection. For this purpose, an aluminium tube with an internal cooling fluid was used to reduce the surface temperature, and air was passed around it at various relative humidity levels (45%, 65%, 75%) within a Reynolds number range of 5000–15000. The icing behaviour on the outer surface of the tube was examined for the base aluminium surface and surfaces coated with Ultra Ever Dry superhydrophobic solution (UED), Ultra Ever Dry solution containing 0.50 wt% graphene (UEDG50), and Ultra Ever Dry solution containing 0.50 wt% hemp powder (UEDKT50). Icing performance was determined by measuring freezing temperatures. Additionally, the effect of surface roughness on freezing resistance was examined. Furthermore, the wear performance of the superhydrophobic surfaces was also tested. According to the findings, all coated surfaces exhibited greater resistance to icing compared to the aluminium surface. In particular, the UEDKT50 surface demonstrated the lowest freezing temperature at –5.70 °C under 45% relative humidity and a Reynolds number of 5000, showing that it delayed icing by approximately 349% compared to the base aluminium surface. As a result, it was revealed that superhydrophobic surfaces significantly enhance resistance to icing compared to hydrophilic and hydrophobic surfaces. In general, as the Reynolds number increases, the resistance of surfaces to freezing decreases. Similarly, an increase in humidity levels also results in reduced freezing resistance. Additionally, the UEDKT50 surface, which had the highest surface roughness (6.33 µm) and the lowest mechanical friction coefficient (1.13), provided the best performance in terms of both icing resistance and adhesion durability. Therefore, it was concluded that surface roughness, superhydrophobicity, and coating material have a direct impact on icing and wear resistance.