Tavandan soğutulan bir hacimde sıcaklık ve nem dağılımının deneysel ve sayısal analizi
Experimental and numerical investigation of temperature and humidity distribution in an enclosure with chilled ceiling
Yazar: DENİZ YILMAZ
Danışman: PROF. DR. SEYHAN UYGUR ONBAŞIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğal taşınım = Natural convection

Özet:
Bu çalışmada, tavandan soğutulan 2.5x2.5x2.5(m) boyutlarında bir test odası kurularak, tavan boşluk oranı ve akustik şiltenin kapalı hacimdeki sıcaklık ve nem dağılımına etkileri irdelenmiştir. Rayleigh sayısının 4x109 olduğu deney koşullarında, yüksek doğal taşınım etkisindeki akış modellenmiş ve geliştirilen sayısal yöntem deneylerle doğrulanmıştır. Deneysel veriler, türbülanslı doğal taşınımı modelleyen farklı yaklaşımlar arasında karşılaştırma yapılmasını sağlamıştır. Uygun türbülans modelinin seçimi ile geometrik parametrelerin etkisinin sayısal olarak belirlenmesi olanaklı olmuştur. Momentum ve enerji denklemlerinin, hava içerisindeki su buharının transportu denklemi ile birlikte çözüldüğü çalışmada, duvar yüzeylerindeki yoğuşma da incelenmiştir. Deneysel ve sayısal olarak elde edilen korelasyonlar, literatürde verilen korelasyonlarla uyum sağlamıştır.Çalışmada, tavan panellerindeki boşluk oranı artışının, oda içerisindeki hava akışının boru yüzeylerine daha fazla temas etmesine ve taşınımla olan ısı geçişinin artmasına neden olduğu gözlemlenmiştir.Tavan panellerinin yüzeyine serilen akustik şiltenin ısı geçişini azalttığı; öte yandan kütle geçişini büyük ölçüde engellediği için bağıl nemi arttırdığı gözlemlenmiştir.Standart k-? türbülans modelinin, türbülansın dissipasyonu yerine, spesifik dissipasyon denklemini çözmesi nedeniyle, geçici rejimde; RNG k-? modelinin ise yüksek hız gradyanlarında çözüm yapabilmesi nedeniyle, çekirdek bölge olarak adlandırılan kısımda deneysel verilere daha uygun sonuçlar verdiği gözlemlenmiş; nem dağılımını belirlemede türbülans modellerinin katkısı da ayrıca incelenmiştir.Çalışmada ayrıca oda içerisine yerleştirilen soğuk nem kaynağı ile nem üretimi yapılmış, tavan yüzeyinde ve oda içerisindeki özgül nem ve sıcaklık değişimleri incelenmiş ve bu değişimler paket programa yerleştirilen bir kod ile sayısal olarak da modellenmiştir.

Abstract:
This study is an experimental and numerical investigation on application of chilled ceiling panels with different porosity rate in an enclosure, having diameters of 2.5x2.5x2.5(m). The effect of porosity rate and the existence of acoustic nonwoven on temperature and humidity distribution have been investigated.Experimental investigations in the enclosure are presented for the case with Ra=4x109 and a numerical model has been used to simulate the experimental set up. Experimental results have been used to validate the numerical model. Experimental data have led to comparisons between the different turbulent modeling approaches. By selecting appropriate turbulence model, the effect of geometric parameters had become possible to be determined numerically. Momentum and energy equations have been solved with the transport equation of water vapor in the air and the numerical model was enhanced to represent the vapor condensation on the wall surfaces. Experimental and numerical correlations obtained from the study are found to be consistent with the correlations in the literature.It was observed that high porosity rate in the ceiling panels, can cause the air in the room to contact with the pipe surface much more which as a consequence lead to an increase in convective heat transfer.The acoustic nonwoven which was covered the ceiling panel?s surfaces; reduce heat transfer and because of highly preventing mass transfer an increase was observed for the relative humidity ratio.Since, Standard k-? turbulence model solves specific dissipation equation rather than turbulent dissipation, the solution for unsteady flow is more consistent with the experimental results. Besides this, RNG k-? turbulence model predicts the flow in the cell region better, due to the additional term in its turbulent dissipation equation.In this study, humidity is also generated by a cold humidity source placed in the test room. The changes in the specific humidity and temperature have been examined on the surface of the ceiling and in the test room. Additionally, these changes have been computed by a program (user defined function) appended to the software package.