MAK 4050E - Isıl Sistemlerin Optimizasyonu

Dersin Amaçları

Bu dersin amacı, öğrencilere termal enerji sistemlerinin tasarımı, matematiksel modellemesi, dinamik simülasyonu, kontrolü ve optimizasyonu konularında kapsamlı bir yetkinlik kazandırmaktır. Ders; mühendislik ekonomisi, sayısal yöntemler, nesne yönelimli modelleme araçları ve endüstriyel vaka çalışmalarını bütünleşik bir çerçevede ele almaktadır.

Dersin Tanımı

Mühendislik tasarımı ilkeleri ve sistem sınırları. Ekonomik ve maliyet analizi: Net Bugünkü Değer (NBD), Enerji Düzeylendirilmiş Maliyeti (LCOE), termoekonomik değerlendirme. Ampirik modelleme ve eğri uydurma: Isıl ekipman verilerinin regresyon analizi. Doğrusal ve doğrusal olmayan denklem sistemlerinin çözümü: Newton-Raphson yöntemi ve sayısal çözücüler. Isıl bileşenlerin kararlı-hal matematiksel modellemesi: Pompalar, fanlar, kompresörler, türbinler, ısı eşanjörleri ve ikili karışım prosesleri. Özellik entegrasyonu ve faz değişimi termodinamiği. Isıl sistemlerin dinamik analizi: Isıl kapasitans, akışkan gecikmesi, diferansiyel-cebirsel denklemler (DAE). Dinamik sistem simülasyonu: Simulink'te nedensel blok diyagram modellemesi, geçici rejim kütle ve enerji dengeleri. Nesne yönelimli dinamik modelleme: Modelica'da nedensellik-bağımsız fiziksel modelleme, bileşen kütüphaneleri, akışkan ağı simülasyonu. Kontrol entegrasyonu: PID döngüleri, dinamik tepki, aktüatör dinamiği, termal kararlılık. Sistem optimizasyonunun temelleri: Amaç fonksiyonları, tasarım kısıtları, Lagrange çarpanları, Kuhn-Tucker koşulları. Tek ve çok değişkenli optimizasyon algoritmaları: Gradyan tabanlı arama, sezgisel yöntemler, genetik algoritmalar. Dinamik optimizasyon ve Model Öngörülü Kontrol (MPC): Zamana bağlı sınır koşulları, tasarım dışı performans, işletme enerji yönetimi. Endüstriyel uygulamalar ve bitirme projesi vaka çalışmaları.