Soğutulan bir hacim içerisinde yatay yüzey altında yoğuşmanın gıdalara ilişkin ısı-kütle transferi ile birlikte irdelenmesi
Investigation of surface condensation with heat and mass transfer due to food respiration and transpiration in a refrigerated space
Yazar: SERDAR KOCATÜRK
Danışman: PROF. DR. A. NİLÜFER EĞRİCAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu doktora tezi kapsamımda; sebze-meyvelerin soğutulduğu hacim içerisindeki yüzey yoğuşması, gıdalara ilişkin ısı-kütle transferi ile birlikte, evsel tip bir soğutucu sebzeliği özelinde ele alınmıştır. Sebze-meyvelerin nem kaybının en aza indirilmesi amacı doğrultusunda kurgulanan, söz konusu soğutulan hacmin içerisindeki düşük hava hızları ve yüzeyler arası sıcaklık farkları göz önünde bulundurularak, deneysel ve sayısal çalışmalarda sebzelik içi doğal taşınım durumu parametrik olarak irdelenmiştir. Cidarlarından soğutulan hacmin içerisindeki gıda yükü ve hava akış alanının iki ayrı kontrol hacmi olarak ele alınıp, eş zaman adımlarında birbirlerinin sınır koşullarını tayin edecek şekilde çözümlendiği özgün bir sayısal model geliştirilmiştir. Momentum, ısı ve kütle transport denklemlerinin çözümü için, kapalı sonlu-farklar yaklaşımı uygulanarak Fortran programlama dili kullanılmak suretiyle sayısal model oluşturulmuştur.
Sebzelikteki saklama koşullarını tayin eden başlıca fiziksel parametreler; saklama sıcaklığı, tavan ve diğer yüzeyler arası sıcaklık farkı, giriş kesitindeki hava hızı, yük doluluk oranı ve gıda cinsi olarak belirlenmiştir. Geliştirilen sayısal model kullanılarak gerçekleştirilen analizlerde; söz konusu fiziksel parametrelerin değişiminin, her iki kontrol hacmindeki momentum, ısı ve kütle transportuna, gıdaların terleme ile nem kaybına, tavan yüzeyindeki yoğuşma miktarına ve yoğuşmanın konumsal değişimine olan parametrik etkileri ortaya konmuştur. Söz konusu parametrik etkiler, deneysel ve sayısal olarak irdelenen doğal taşınım dinamikleri ile birlikte değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmalar PIV hava hızı ölçümleri ile desteklenmiştir. Söz konusu parametrik etkilerin irdelenmesine yönelik sayısal ve deneysel sonuçların birbiri ile uyumlu olduğu gözlenmiştir. Gıda kalite değerlendirme testlerinden de faydalanılan çalışmada, soğutulan hacim içerisinde yoğuşma kontrol edilerek ve nem kayıpları en aza indirilerek sebze-meyvelerin raf ömürlerinin uzatılmasını sağlayacak önemli parametrik çıkarımlar elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Buzdolabı, soğutma, sebze ve meyve, terleme, soluma, yoğuşma, nem kontrolü, psikrometri, ısı ve kütle transportu, sayısal modelleme, kapalı sonlu fark

Abstract:
In this thesis, surface condensation in a space, where vegetables and fruits are refrigerated, have been investigated with heat and mass transfer due to food respiration and transpiration. Specifically natural convection in a refrigerator crisper has been parametrically investigated within numerical and experimental studies. In the specific model developed, food load and air-flow area within the refrigerated space have been taken as two separate control volumes interacting with each other at their boundaries, and time-dependent transport equations of each control volume have been simultaneously solved together. An implicit finite difference approach has been applied for the numerical solution of momentum, heat and mass transport equations. Fortran programming language has been used to develop the numerical model.   
Storing temperature, temperature difference between the top surface and other surfaces, air velocity at the inlet cross-section, food-load occupancy rate, and type of the food have been identified as physical parameters appointing storing conditions of a crisper. Parametric effects of these physical parameters on momentum, heat and mass transport in both control volumes, moisture loss of the food load due to transpiration, amount of surface condensation, and change of the location of condensation through the top surface have been determined in a number of parametric numerical and experimental analyses. Experimental studies have also been supported by PIV air velocity measurements and food-quality assessment tests. Numerical and experimental results regarding the investigation of the said parametric effects have been observed to be consistent with each other. Parametrical results of the study have been providing an important knowledge of controlling surface condensation in such refrigerated spaces with food load, and extending the storage lifetimes of vegetables and fruits by lowering their moisture losses. 

Keywords: Refrigerator, refrigeration, transpiration, respiration, condensation, humidity control, psychrometry, heat and mass transport, implicit finite difference