Gözenekli yapılarda yapı ve işletme parametrelerinin ısı iletim katsayısına etkisinin incelenmesi
The investigation of structure and operating parameters effect on the heat transfer coefficient in porous structures
Yazar: NUMAN YÜKSEL
Danışman: PROF. DR. ATAKAN AVCI
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Gözenekli ortam = Porous medium ; Isı geçişi = Heat transfer ; Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient ; Isı yalıtımı = Heat insulation ; Isı ışınımı = Heat radiation ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Matematiksel modeller = Mathematical models ; Radyasyon = Radiation

Özet:
Bu çalışmada, gözenekli yalıtım malzemelerin efektif ısıl iletkenliğinin modellenmesi ve ölçümü detaylı olarak araştırıldı. Bu amaçla, önce literatürdeki kuramsal bağıntılar, literatürdeki bazı deneysel sonuçlar dikkate alınarak analiz edildi. Belirli yapılarda ve belirli gözeneklilik aralığında, belirli bir hata toleransı ile kullanılabilecek modelleri seçmenin daha uygun olacağı sonucuna varıldı. Özellikle gözenekliliği yüksek yalıtım malzemelerinin efektif ısıl iletkenliğine etki eden taşınım, difüzyon ve ışınım etkilerini dikkate alan bir matematik model geliştirildi. Bu model, literatürden elde edilen deneysel sonuçlarla karşılaştırıldı.Bu çalışmanın ikinci aşamasında, gözenekli yalıtım malzemelerinde taşınım, difüzyon ve ışınımın efektif ısıl iletkenliğe etkisi deneysel olarak incelendi. Deneyler, biri standart test cihazında ve diğeri ise yalıtım uygulaması yapılan deney düzeneğinde gerçekleştirildi. Bu amaçla, cam yünü, EPS ve dokumasız kumaş türü malzemelerle emisivitesi düşük ve iletken alüminyum ve bakır malzemeler kullanılarak farklı yapı ve işletme şartlarında çalışıldı. Deneysel sonuçlardan, takviyeli gözenekli yalıtım malzemelerinde 20-30 oC ortalama sıcaklığının üzerinde efektif ısıl iletkenlik daha hızlı artarken daha düşük sıcaklıklarda hızlı azalma gözlendi. Bu sonuçlardan, ışınımın önemli bir mekanizma olduğu ve standart davranışın dışında etkiler oluşturabildiği görülmüştür.Deneysel çalışmanın yalıtım uygulamalı test düzeneğinde, alüminyum destekli ve desteksiz iki su tenekesinin aynı şartlarda ısınma ve soğuma davranışı incelendi. Sonuçların standart deney ölçümleriyle paralellik gösterdiği belirlendi. Sonuçta, uygulamada bilinmeyen ancak 20 oC sıcaklıkları altında çalışılan sistemlerde yalıtım malzemesinin efektif ısıl iletkenliği önemli ölçüde düşüren bir teknik geliştirilmiştir.

Abstract:
In this study, the modeling and measurement of the effective thermal conductivity of porous insulation materials has been researched in detail. For this purpose, the theoretical relations in literature have been analyzed by considering some experimental results in literature. It is concluded that choosing of models would be more suitable. The mathematical model considering the effects of convection, diffusion and radiation affecting the effective thermal conductivity of especially high porous insulation materials has been developed. This model is compared with the experimental results obtained from literature. In the second chapter of this study, these effects have been experimentally investigated. The experiments have been performed on the standard test apparatus and the other experiment mechanism. For this purpose, it has been studied in different structure and operating conditions by using low emissivity and conductive aluminum and copper materials with glass wool, EPS and nonwoven fabric type materials. From experimental results, it is observed that reflectivity materials may increase or reduce the effective thermal conductivity. From these results, it is seen that the radiation is an important mechanism and it can form the effects except for standard behavior. On test mechanism of experimental study with insulation application, the heating and cooling behavior of two water tinplates has been investigated on the same conditions. It is determined that the results show parallelism by standard experiment measurements. Consequently, in systems working under the temperatures of 20 oC, a technique is developed which is significantly decreasing the effective thermal conductivity of porous material.