Elektrikli Fırınlarda Enerji Tüketimi Deneylerinin Modellenmesi

Abstract

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.

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.