Işınımla Isı Geçişinde Bulunan Türbülanslı Akışların Sayısal Olarak İncelenmesi

Abstract

Bu yüksek lisans tezinde, baca, taze hava için conta açıklıkları ve nem kaynağı bulunan evsel bir fırın içerisindeki türbülanslı, daimi olmayan, ışınımla ısı transferinde bulunan akış sayısal olarak incelenmiş ve sayısal sonuçlar da deneysel sonuçlar ile doğrulanmıştır. Sayısal çalışmalar ticari Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yazılımı olan Fluent ile yapılmış ancak problemin kompleks yapısı nedeniyle zamana bağlı sınır şartı verilebilmesi, transport denklemlerine kaynak terimi eklenmesi için C programlama dilinde UDF yani Kullanıcı Tarafından Tarif Edilen Fonksiyon yazılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, kavite içerisindeki havanın nemine bağlı olarak farklı iki ışınım modeli (Radiosity-Irradiosity ve Discrete Ordinates) denenmiş ve sonuçları karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar ile doğrulanan bu sayısal sonuçlar temel alınarak, ileriki aşamalarda çalışmalarda ışınım modellenmiştir. Sonraki aşamada ise, kavite içerisinde bir nem kaynağı bulunmadığı durum için sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiş, deneyler ile doğrulanmış ve kavite içerisindeki akış detaylıca incelenmiştir. Nem kaynağı olmadan yapılan bu çalışmalar, nem kaynağı olan çalışmalara hazırlık çalışması olmuş olup ayrıca kavite içerisindeki momentum ve ısı transferini iyileştirmek için sunulmuş bazı önerilere ilk adım olmuştur. Üçüncü aşamada da, nem kaynağının bulunduğu durum için sayısal çalışmalar yapılmış. Enerji ve su buharı transport denklemlerine de kaynak terimleri eklenerek akış modellenmiştir. Bu tez çalışmasının son aşamasında da evsel fırının pişirme performansının iyileştirilmesi için düşük yayma oranlı yüzeyler kullanılmıştır. Sayısal sonuçlarda görülen iyileştirme deneysel olarak da gözlemlenmiştir.

In this M.Sc. thesis, non-stationary, turbulent flow interacting with radiative heat transfer in a domestic oven with chimney and gasket openings has been numerically investigated. Numerical results have been validated by experimental results. Numerical studies have been performed by the commercial Computational Fluid Dynamics programme Fluent but due to the complexity of problem, UDF s in C programming language have been written to define transient boundary conditions and source terms to transport equations. The first part of study covers a comparative study based on the mass fraction of water wapour in cavity has been carried out for two different radiation models. In further studies, modeling of radiation has been conducted by taking the consideration of these results which are validated by experiments. In the next part of the study, numerical studies have been performed for the case of without moisture source. Numerical results have been validated and the flow within the cavity has been investigated in details. The numerical studies for the case without moisture source provided a basis for the studies with moisture source and enhancement proposals for energy efficieny in cavity. In the third part, source terms have been added to energy equation and species transport equation by the means of UDFs and numerical studies have been performed for the case with moisture source. At the final stage, in order to improve the baking performance of domestic oven, low emissivity surfaces have bene used. The enhancement provided by numerical studies have also been observed by experiments.