Konveksiyonlu fırınlarda kullanılan radyal ve tanjansiyel fanların, farklı ısı kaynağı ve hava perdesi tasarımıyla fırın içi sıcaklık dağılımının analizi
Analysis of temperature distribution in convection ovens using radial and tangential fans with different heat sources and air curtain designs
Yazar: Burhan, Mahmut; Özalp, Alper
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 40 No. 4, 2025
Anahtar kelimeler: Mechanical Engineering (Other) ; Makine Mühendisliği (Diğer) ; Convection oven,CFD,heat transfer,homogeneous cooking,energy saving ; Konveksiyonlu fırın,CFD,ısı transferi,homojen pişirme,enerji tasarrufu

Konveksiyonlu gıda fırınlarının performansı, yalnızca hızlı ve etkili ısı transferi ile pişirme sürecini optimize etmekle kalmayıp, aynı zamanda tepsiler arasındaki ve tepsi içindeki sıcaklık dağılımının homojenliğini sağlaması açısından büyük önem taşır. Bu çalışmada, fırınlarda kullanılan radyal tip fanların tepsiler üzerindeki sıcaklık dağılımına etkisi hem deneysel hem de sayısal yöntemlerle analiz edilmiştir. Geleneksel tasarımlarda radyal fanların, tepsiler arasındaki sıcaklık farklarını artırarak ısı transferi homojenliğini olumsuz etkilediği belirlenmiştir. Bu sorunun çözümü için, tanjansiyel fan (cross-flow fan) kullanılan yenilikçi bir hava akış sistemi tasarlanmıştır. Geliştirilen bu sistem, farklı fan hızları ve ısıtıcı güçleri altında FloEFD programı ile CFD analizlerine tabi tutulmuş, en uygun tasarım belirlenerek prototip üretilmiştir. Prototip üzerinde yapılan deneysel ölçümler ile CFD analiz sonuçları doğrulanmıştır. Elde edilen bulgular, tanjansiyel fan kullanılan tasarımın, sıcaklık farkını 35 °C’den 16 °C’ye düşürdüğünü ve daha verimli bir ısı transferi sağlayarak 1 saatte %11,4 enerji tasarrufu sağladığını göstermiştir. Çalışma, fan tipi, hava perdesi tasarımı ve ısıtıcı eleman seçiminin fırın performansı üzerindeki etkilerini kapsamlı bir şekilde ortaya koymuş ve enerji verimliliği ile pişirme homojenliğini artırmaya yönelik yenilikçi bir çözüm sunmuştur.

The performance of convectional food ovens is critical not only for optimizing the cooking process through rapid and efficient heat transfer but also for ensuring homogeneous temperature distribution both between and within trays. In this study, the effect of radial-type fans used in ovens on the temperature distribution across trays was analyzed using both experimental and numerical methods. It was determined that radial fans in conventional designs increase temperature differences between trays, negatively impacting heat transfer uniformity. To address this issue, an innovative airflow system incorporating a tangential fan (cross-flow fan) was designed. The developed system was subjected to CFD analyses under different fan speeds and heater power settings using the FloEFD software. The most suitable design was determined, and a prototype was subsequently produced. Experimental measurements on the prototype were compared with CFD analysis results, and validation was achieved. The findings indicate that the design utilizing a tangential fan reduced the temperature difference from 35 °C to 16 °C and provided more efficient heat transfer, achieving 11,4% energy savings within 1 hour. This study comprehensively highlights the impact of fan type, air curtain design, and heating element selection on oven performance, offering an innovative solution to enhance energy efficiency and improve cooking uniformity