Poroz ortamda ısı ve kütle geçişinin teorik ve deneysel incelenmesi
Experimental and theoretical study of heat and mass transfer in porous media
Yazar: MURAT KANTAŞ
Danışman: PROF. DR. HASAN ALPAY HEPERKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı akısı = Heat flux ; Kütle aktarımı = Mass transfer ; Kütle transferi =   ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Yemek pişirme = Cooking

Özet:
Pişirme, gıdadaki belirli kimyasal reaksiyonların optimum şekilde oluşması için gıdaya ısı transfer edilmesi olarak tanımlanabilir. Pişirme sırasında gıdada birçok kimyasal değişim eş zamanlı olarak gerçekleşmektedir. Hamurlu gıdaların pişirilmesinde bu reaksiyonlar sonrasında kabarma, yüzey renk değişimi, kütle kaybı ve kabuk oluşumu gözlenmektedir. Bu doktora tez çalışmasında kağıtta kek pişirme işleminin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi amaçlanmaktadır.
Tezin ilk bölümünde, literatürde konu ile ilgili geçmişte yapılan çalışmalar incelenip özetlenmiş ve çalışmaya başlama nedenleri, ulaşılmak istenen sonuçlar genel olarak paylaşılmıştır. Literatür araştırması;  kabuk kalınlığı ve renk değişimi, yükseklik ve hacim değişimi, ısı ve kütle transferi, kimyasal reaksiyonlar ve gözeneklilik başlıkları altında yapılmıştır.
Tezin ikinci bölümünde; pişirmeye girdi teşkil eden sıcaklık, fan devri, pişirme süresi ve nem miktarının pişirme üzerindeki etkileri incelenmiştir. Eş zamanlı gerçekleşen ısı ve kütle transferini ortaya koymak için pişirme sırasında elde edilen deneysel ölçümlerden (sıcaklık, su içeriği, ağırlık kaybı, kabuk kalınlığı ve yüzey rengi) faydalanılmıştır. Deneysel veriler kullanılarak kek pişirme işlemi için bir matematiksel modeller geliştirilmiştir. Bu modeller, kek pişirme işleminin sonuçlarının tahmin edilebilmesini sağlamaktadır. 
Tezin üçüncü bölümünde ise, ev tipi elektrikli bir fırın için HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) modeli oluşturulmuş ve deneysel sonuçlar ile doğrulanmıştır. Oluşturulan bu model ile optimum pişirme koşulları için gerekli olan pişirme sıcaklığı, pişirme süresi ve fan devri belirlenebilmektedir.
Tez çalışmasının son bölümünde ise sonuçlar değerlendirilerek öneriler sunulmuştur. Pişirme sıcaklığı, pişirme süresi, fan devri ve nem miktarının; kütle kaybı, yükseklik, kabuk kalınlığı ve yüzey rengi üzerindeki etkileri açıklanmıştır. Doğrulama testleri matematiksel model ve HAD analiz sonuçlarının deneysel sonuçlarla uyumlu olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Cooking process is defined as the transfer of heat to the food in an optimum way for the formation of certain chemical reactions in food. Several chemical changes take place simultaneously in the food during cooking. After these reactions; changes on cake height, surface color, mass transfer and crust thickness is observed. In this Ph.D. study, effect parameters that are effect to muffin cake cooking  investigated experimentally and theoretically .
In the first part of the thesis, past studies on the literature have examined and the reasons for initiating this study, as well as the goal of the work are presented. In the literature research, crust thickness, surface color, cake height and volume changes, heat and mass transfer, chemical reactions and porosity have been examined.
In the second part of the thesis; input parameters of cooking such as cooking temperature, fan speed and amount of moisture was investigated. Experimental data (temperature, water content, weight loss, crust thickness and surface color) obtained during baking is used to well understand the simultaneous heat and mass transfer occurring during the process. A mathematical models for the cake baking process is developed using experimental data. These mathematical models could be a quick tool for the prediction of the baking results of the cup cake. 
In the third part of the thesis, CFD (Computational Fluid Dynamics) model was developed for the domestic electric oven and validated with the experimental results. This CFD model of electric oven provides information to achieve the optimum baking conditions such as baking temperature, fan speed and baking time.
In the last part of the thesis, conclusions and advices have been presented. The effect of the baking temperature, baking time, fan speed and moisture content on the mass loss, height, crust thickness and surface color were shared. Verification tests clearly indicates that the results of mathematical and CFD models are in good agreement with the experimental results.