Elektrikli fırınlarda enerji tüketim deneylerinin modellenmesi
Modelling of energy consumption tests for electrically heated oven
Yazar: HALUK KARATAŞ
Danışman: PROF.DR. TANER DERBENTLİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji tüketimi = Energy consumption ; Pervaneler = Fans ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic

Özet:
Bu çalısmanın amacı, ev tipi bir elektrikli fırında pisirme hacmi içerisindeki hava akısımodellenmesi yoluyla pisirme hacmi içerisindeki ısı transfer katsayılarınınbelirlenmesidir. Hava akısının etkisi daha baskın olduğundan zorlanmıs tasınımlı?Turbo? çalısma modu için modelleme yapılmıstır. Modelleme için iki ve üç boyutlukütle, momentum ve enerji korunum denklemleri sıkıstırılamaz bir akıskan içindüzenlenmis, elde edilen denklemler sonlu hacimler yöntemi ile ayrıklastırılarakçözümleme yapılmıstır. Çözümlemeler sonucunda pisirme hacmi içerisindeakıs alanı hızdeğerleri elde edilmistir. Akıs ölçümleri ile çözümlemelerin deneysel doğrulaması Pitottüpü ve PIV (Particle Image Velocimetry) cihazı ile yapılmıstır. Tuğla ve pisirme hacmiiç duvarları üzerindeki ısı tasınım katsayıları deneysel Nusselt bağıntıları kullanılarakanalitik olarak hesaplanmıstır. Bir yüzey için HAD (Hesaplamalı Akıskanlar Dinamiği)yazılımı ile ısı tasınım katsayısı hesabı yaptırılarak sonuçlar karsılastırılmıstır. HADyazılımı ile elde edilen ısı tasınım katsayısı değerlerinin Nu bağıntıları ile tutarlı olduğugörülerek tüm yüzeyler için tüm çalısma kosullarında ısı tasınım katsayısıhesaplanmıstır. Çalısma sonucunda zorlanmıs tasınımlı elektrikli bir ev tipi fırının dörtfarklı çalısma kosulu için tuğla yüzeyleri ve pisirme hacmi duvarlarında ısı tasınımkatsayısı değerleri elde edilmistir. Bu veri fırın enerji tüketimi deneyinin ısılmodellenmesi çalısmasında kullanılarak farklı akıs sartları için fırınların enerjitüketimini öngörülebilmesini sağlayabilecektir.Anahtar Kelimeler: Fırınlar, Enerji Tüketimi, Sayısal Akıskanlar Dinamiği, Fanlar

Abstract:
Aim of this study is obtaining the heat transfer coefficients inside cooking cavity bymodelling the air flow inside the cooking cavity of an electrically heated domestic oven.As the effect of the air flow is more dominant in forced convection, modelling was madefor this mode of operation. Two and three-dimensional conservation equations formass,momentum and energy are defined for incompressible fluids and discretizied bythe finite volume method. Computational analysis were made using a commercial CFDcode ?FLUENT?. Flow field vectors are obtained for the cooing cavity, especiallyaround the surfaces of brick and cavity walls. Experimental validation of the resultswere made by flow measurements. Average velocities and flow rates are measured at theblow-out ports of the fan cover plate. Flow around the brick surfaces is measured byPIV (Particle Image Velocimetry), also convection heat transfer coefficient wascalculated manually by using the experimental Nusselt equations. For the one surface,convection heat transfer coefficient was calculated by using the CFD code. Theconvection heat transfer coefficients obtained by manual calculations and the CFD codewere compared. Calculation of all surfaces for all flow conditions were made by usingthe CFD code. As a result of this study, convection heat transfer coefficients of surfacesof test brick and inner wall of cooking cavity of an electrically heated forced convectionoven is obtained for four differentworking conditions. These data can be used develop athermal modelling for energy consumption test, in order to simulate different flowconditions.Keywords: Stove, Energy Consumption, Computational Fluid Dynamics, Fans