Çarpan hava jeti teknolojisi ile çalışan ev tipi fırın prototipindeki akış ve ısı transferinin incelenmesi
Analysis of flow and heat transfer in a domestic oven prototype working with impinging air jet technology
Yazar: ÖMER ABACI
Danışman: DOÇ. DR. UTKU ŞENTÜRK
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, Arçelik A.Ş tarafından üretimi gerçekleştirilecek ve ulusal pazarda bir ilk olacak, kısa sürede, sağlıklı ve homojen pişirme sağlaması gibi pek çok avantajı bulunan ev tipi çarpan hava jetli fırının nümerik incelenmesi gerçekleştirilmiştir.
Ansys Fluent ticari yazılımı ile yapılan hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonlarında, çarpan hava jetli fırın için nozul çapı, nozul yerleşimi, tepsi yüksekliği, fan devir sayısı ve turbo ısıtıcı tarafından sağlanan ısıl güç gibi çeşitli temel parametrelerin pişirme performansına etkisi simülasyonlar sonucu elde edilen sıcaklık dağılımları üzerinden saptanmıştır.
Yapılan parametrik incelemeler sonucu, prototip fırında kullanılan 13 mm'lik çapın, en yüksek debiyi ve en yüksek sıcaklığı vermesinden ötürü optimum kullanılabilecek çap olduğu, en iyi pişme durumunun fırının orta bölmesinde gerçekleştiği ve nozul yerleşimlerinde fana yakın olan arka iki sıra nozulların çapının 10 mm olduğu tasarımın optimum kullanılabilecek tasarım olduğu saptanmıştır. Fan devir sayısının arttırılmasıyla daha yüksek sıcaklıklara ve daha üniform bir sıcaklık dağılımına ulaşılırken turbo ısıtıcı tarafından sağlanan ısıl gücün arttırılmasının yalnızca ön ısıtma sürecinde bir fark oluşturduğu, termostatik rejim sürecinde bu farkın görülmediği sonucuna varılmıştır. Prototip fırında pişirilen bir dana nuarın simülasyonlarla doğrulanması amaçlanmış olup, simülasyonlarda deneylere kıyasla dana nuarın termofiziksel özelliklerinin tam olarak modellenememesi ve yağ, nem, sululuk gibi gıda faktörlerinin de bu simülasyonda ele alınamaması sebebiyle daha yüksek sıcaklıklara ulaşıldığı görülmüştür. Nemli gıdaların pişme süreçlerindeki termofiziksel özellik değişimleri dikkate alınarak yapılan simülasyonlar ise, deneylerde görülen sıcaklık değişimlerini doğrulamıştır. 
Prototip fırında kullanılan fanın yapılan değerlendirmeler sonucunda oldukça düşük bir hidrolik verimde çalıştığı tespit edilmiş olup çarpan hava jetli fırına uygun yüksek verimli (% 80 – 85) bir fan tasarımı gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the numerical analysis of the household type air jet impingement oven, which will be produced by Arçelik A.Ş. and will be a first in the national market, has many advantages such as providing healthy and homogeneous cooking in a short time.
In computational fluid dynamics simulations made with the Ansys Fluent commercial code, the effect of various basic parameters such as nozzle diameter, nozzle arrangement, tray height, fan speed and thermal power provided by the turbo heater for the impinging air jet oven on the cooking performance was determined through the temperature distributions obtained as a result of the simulations.
As a result of the parametric studies performed, it was determined that the optimum diameter that can be used is 13 mm, which is used in the prototype oven, giving the highest flow rate and the highest temperature. The desired cooking condition occurs in the middle of the oven and the optimum design is the one where the diameter of the two rear rows of nozzles close to the fan is 10 mm in nozzle arrangements. It has been concluded that while increasing the fan speed, higher temperatures and a more uniform temperature distribution are achieved, increasing the thermal power provided by the turbo heater only makes a difference in the preheating process, and this difference is not seen in the thermostatic regime process. It was aimed to verify a prototype oven-baked beef with simulations, and it was seen that higher temperatures were reached in simulations compared to experiments due to the fact that the thermophysical properties of beef could not be modeled exactly and food factors such as fat, moisture, and humidity could not be addressed in this simulation. Simulations made by considering the thermophysical property changes in the cooking processes of moist foods confirmed the temperature changes observed in the experiments.
As a result of the evaluations, it was determined that the fan used in the prototype oven operates at a very low hydraulic efficiency, and a high efficiency (80 - 85 %) fan design suitable for the air jet impingement oven was carried out.