Theses supervised by Prof. Dr. İrfan Kurtbaş
13 theses · Hitit University
Tuğla kurutma kinetiğinin deneysel olarak incelenmesi
Mühendislik uygulamalarında akışkanların, ısının ve kütlenin transferi önemli bir yere sahiptir. Kütle transferi için itici kuvvet konsantrasyon farkı olup özellikle suni kurutma tekniğine dayalı uygulamalarda nem kontrolü etkin proses ve kurutucu tasarımı bakımından önemlidir. Günümüzde özellikle gıdaların kurutulması prosesi oldukça güncel çalışma konusu olup artan bir ilgi ile sürdürülmektedir. Kurutma prosesi ürünlerin kullanım kalitelerinin ve raf ömürlerinin artırılması bakımından önemlidir. Buna karşın kurutma prosesleri enerji sarfiyatı bakımından oldukça maliyetli olabilmektedir. Bunun dışında endüstriyel ürünlerin kurutulmasında kurutma prosesi ve kurutucu seçimi özel bir bilgi ve yetenek gerektirmektedir. Toprak sanayi insanlık tarihi kadar eskidir. İlk çağlardan günümüze kadar toprak ve toprak ürünleri insanlığın temel kaynağını oluşturmaktadır. Günümüzde toprak ürünlerinden tuğla ve kiremit hala geniş ve etkin bir kullanım alanına sahiptir. Çorum sanayinin önemli bir bölümünü Tuğla-Kiremit üreticileri oluşturmaktadır. Toprak yapısı ve toprak kaynakları bakımından Çorum ülkemizde Tuğla-Kiremit üretim potansiyeli olarak ilk sıralarda yer almaktadır. Tuğla üreticilerinin büyük bir bölümü doğal kurutma yöntemlerini tercih etmektedir. Bu durum ürün sarfiyatını ve kalitesini önemli oranda etkilemektedir. Bu bakımdan tuğla üretiminde kurutma süreci üretim maliyeti, üretim süresi ve ürün kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu çalışmada, Çorum bölgesindeki tuğlanın kuruma davranışını incelemek için kabin tip kurutucu tasarlanarak imal edilmiş ve kurutucu hava hızı, hava sıcaklığı, kabin basıncı ve tuğla yönü gibi farklı bağımsız parametrelerin kuruma kinetiği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kurutucu hava sıcaklığının 62, 76 ve 90 C değerlerinde, kabin içerisinde Reynolds sayısının yaklaşık 21000-34000 aralığında ve tuğla açısının 0, 45 ve 90 derece değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Hem basma hem de çekme şartlarında aynı deneyler tekrarlanmıştır. Böylece vakum basıncının da kuruma kinetiği üzerindeki etkisi belirlenmiştir. Kütledeki değişim 15 dakika aralıklarla ölçülerek kaydedilmiştir. Hem basma hem de çekme durumu için nem içeriğini sağlayan bir matematiksel formül geliştirilmiştir. Deneyler sonucunda, hava sıcaklığının ve hızının yükselmesi ile birlikte kuruma hızının arttığı ve kuruma süresinin azaldığı görülmüştür. Çekme durumunda kurutma süresini basma durumuna göre daha kısa ve tuğlanın akışa paralel (0) yerleştirilmesi durumunda kütle transferi daha hızlı gerçekleştiği belirlenmiştir.
Periyodik daralan–genişleyen mini kanalda kaynama davranışının incelenmesi
Mühendislik uygulamaları içerisinde özellikle soğutma sistemlerinin gelişmesine bağlı olarak mini kanallarda ısı transferi ve iki fazlı akış incelemeleri büyük oranda güncelliğini korumaktadır. Mini kanallarda iki fazlı akışın kontrolü optimum şartlarda ve boyutlarda daha etkin bir sistemin tasarlanması için büyük bir öneme sahiptir. Tek ve iki fazlı akışlarda ısı transferinin iyileştirilmesi aktif ve pasif olmak üzere iki yöntem ile sağlanmaktadır. Bu çalışmada kanal geometrisi periyodik olarak daralan – genişleyen dikdörtgen bir mini kanalda kaynama incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak R-134a kullanılmıştır. Mini kanallar H/R=1 (düz), H/R=0,8 ve H/R=0,5 üç farklı tipte olacak şekilde imal edilmiştir. Mini kanal hidrolik çapı (Dh)1,83 mm' dir. Deneyler, soğutucu akışkanın üç farklı kütle akılarında (G=100 – 200 – 400 kg/m2s), ısı akısının (q) 0 – 180 kW/m2 aralığında gerçekleştirilmiştir. Çalışma basıncı 3 ve 4 bar olarak sabitlenmiştir. Deneyler boyunca soğutucu akışkanın mini kanala giriş sıcaklığı -1°C de sabit tutulmuştur. Sıcaklık ve basınç ölçümleri ile eş zamanlı olarak akış kaynaması rejimleri yüksek hızlı kamera ile görselleştirilmiştir. Deneysel bulgularda ısıtma yüzey alanının kaynama olayında önemli bir etkiye sahip olduğu, daralan – genişleyen kanal geometrisinde maksimum ısı transfer yüzey alanında minimum direnç boyunun etkin olduğu, yüksek soğutucu akışkan debilerinde ısı taşınım katsayısının yüksek ancak çıkış kuruluk derecesinin düşük olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: mini kanal, kaynama, daralan genişleyen kanal, R-134a
Radyal fan performansına etki eden parametrelerin sayısal olarak incelenmesi
Endüstriyel uygulamalarda fanlar önemli bir yer tutmaktadır. Fanlar yardımıyla elektrik enerjiye mekanik enerji ise akışkanda basınç farkına dönüştürülerek hava akışı sağlanır. Genel olarak eksenel ve radyal olarak iki gruba ayrılırlar. radyal fanlar endüstrinin birçok alanında debinin, basıncın ve gücün geniş bir aralığında hizmet vermektedir. Bu çalışmada yine endüstriyel uygulamalarda önemli bir yer tutan bir adet ev tipi aspiratör radyal fanı göz önüne alınarak analiz yapılmıştır. Radyal fan için ileriye dönük kanat modeli göz önüne alınmıştır. Bağımsız parametre olarak kanat giriş açısı kanat çıkış açısı kanat sayısı kanat kalınlığı rotor dış çapı ve kanat yüksekliği bağımsız değişken olarak belirlenmiştir. Kanat giriş açısının 120-170°, çıkış açısının 60-120°, kanat sayısının 40-60, kanat kalınlığının 0,8-1,4 mm, rotor dış çapını 140-160 mm kanat yüksekliğinin 8-12 mm aralığında analizleri yapılmıştır. Bu bağımsız parametrelerin hava debisi, fan çıkış basıncı, moment ve fan veriminin üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çalışma Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yoluyla sayısal olarak yapılmıştır. Bu amaçla ANSYS CFX paket programı kullanılmıştır. Bilindiği gibi turbomakinaların sayısal analizi üzerine CFX yazılımı oldukça yüksek doğrulukta sonuçlar vermektedir. Uygun çözümün belirlenmesi için üç farklı türbülans model denenmiş k-𝜖 modelinin en doğru sonucu sağladığı görülmüştür. Buna bağlı olarak k-𝜖 türbülans modeli kullanılmıştır. Sayısal modellemenin doğruluğunu kanıtlamak için deneysel bulgulardan yararlanılmıştır. Tasarlanan radyal fanın aynısı 3D yazıcıda üretilerek AMCA standartlarına uygun testlere tabi tutulmuş ve 1500 dev/dk da basınç ve debi cinsinden veriler tespit edilmiştir. Sayısal modellemede deneysel bulgulardan elde edilen verileri sağlayan çözüm algoritması ve uygun grid sayısı belirlenmiştir. Yapılan grid optimizasyonunda yaklaşık 4,5 milyon grid sayısının optimum değer olduğu belirlenmiştir. Bu çözüm algoritması ve grid değerine bağlı olarak deneysel bulgularla farkın %4 ten küçük olduğu görülmüştür. Çalışmada seçilen bağımsız parametrelerin fazla olmasından dolayı çözüm sürecini kısa tutmak ve bulguları doğru analiz edebilmek için yüzey yanıt metoduna dayalı uygun deneysel dizayn metodu kullanılmıştır. Bu metottan elde edilen bulguların doğruluğunu sağlamak için ANOVA analizi yapılmış ve yüksek regrasyon katsayısı, küçük p değerini sağlayan sonuçlar belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlarda debi, basınç, verim ve moment için en etkin parametrenin kanat çıkış açısı olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte özellikle rotor dış çapı, kanat yüksekliği bağımlı parametreleri önemli oranda etkilediği görülmüştür. Tekli parametrelerle birlikte, bağımlı parametrelerin kombinasyonuna bağlı olarak çıkış açısı ile rotor dış çapının, giriş açısı ile kanat yüksekliğinin, kanat sayısı ile kanat yüksekliğinin ikili etkisi bağımlı parametrelerin üzerinde etkili olduğu belirlenmiştir.
Akış kanalındaki direnç konfigürasyonunun ısı transferine etkisinin nümerik olarak incelenmesi
Bu çalışmada, kare kesitli bir kanal içerisinde dikdörtgen dirençler yerleştirilerek ısı transferine etkileri nümerik olarak incelenmiştir. Kanal boyu 200 mm olarak belirlenmiştir. Dikdörtgen dirençler kanal yan yüzeyine göre üçgen, konkav ve düz şekilde yerleştirilmiştir. Bununla birlikte ısıtma yüzeyine 3, 6 ve 9 adet yerleştirilen dirençlerin, maksimum yüksekliği 20, 40 ve 60 mm değerleri için analizler yapılmıştır. Direnç kalınlığı 3 mm olarak seçilmiştir. Akış hidrodinamik yönden tam gelişmiş, ısıl yönden gelişmekte olan bölgede göz önüne alınmıştır. Test bölümünün alt yüzeyine sabit ısı akısı sınır şartı uygulanmış, diğer yüzeyler adyabatik kabul edilmiştir. Çalışma akışkanı olarak hava (Pr=0,7) kullanılmıştır. Türbülanslı akış rejiminde, Reynolds sayısının 10 000-30 000 aralığı için analizler gerçekleştirilmiştir. Türbülans modeli olarak k-ω SST kullanılmıştır. Kanatçık dizilişinde düz sıralı kanatların maksimum ısı transferini sağladığı görülmüştür. Bununla birlikte maksimum basınç kaybı da aynı kanat uygulamasında elde edilmiştir.
Bir tarafından ısıtılan gözenekli dirençli bir kanalda doğal taşınım
Taşınım ile ısı transferi doğal ve zorlanmış taşınım olarak ikiye ayrılır. Doğal taşınım mekanizması herhangi bir dış etki olmaksızın yalnızca sıcaklık farkının etkisi ile akışkan hareketine bağlı olarak meydana gelmektedir. Doğal taşınımın günlük hayatta farklı birçok şekli ile karşılaşılırken mühendislik uygulamalarında da geniş bir alanda incelenmekte ve iyileştirilmesi üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada bir yüzeyinden ısıtılan ve diğer yüzeyleri yalıtılmış dikdörtgen kesitli dik bir kanal içerisine yerleştirilen üçgen ve yamuk geometrili açık gözenekli metal malzemelerin doğal taşınım ile ısı transferine etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak hava seçilmiştir. Çalışma laminer akış şartlarında ve Rayleigh sayısının 1x105 ile 2x108 değerleri arasında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ısıtma yüzeyi üzerine 10, 20 ve 30 ppi (pores per inch) değerine sahip açık gözenekli metal köpükler yapıştırılmıştır. Çalışmada geometrik parametreler, kanal geometrisi sabit tutulmuş ısıtma yüzeyine yerleştirilen metal köpüklerin yüksekliği 10; 15 ve 20 mm, görünüş oranı 0; 0,33 ve 0,66 olacak şekilde belirlenmiştir. Isıtma yüzeyinde sabit ısı akısı uygulanmış ısı akısının farklı değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Sıcaklık ölçümleri kalibre edilmiş termal kamera ve ısıl çiftler yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Hız ölçümleri için ise PIV (Particle Image Velocimetry) tekniği kullanılmıştır. Deney sayısını kısıtlamak ve zamandan tasarruf yapılması için Design-Expert ticari programından yararlanılmıştır. Elde edilen bulgulara göre görünüş oranı a/b ve Rayleigh sayısı arttıkça ısı transferinin arttığı gözenek yoğunluğu arttıkça ısı transferinin azaldığı belirlenmiştir.
Endüstriyel boylerlerde ısı ve akışkan geçişinin sayısal analizi
Günümüzde endüstriyel boylerler sıcak suyunu ihtiyacını gidermek amacıyla geniş bir alanda kullanılmaktadır. Sistemde tank ve ısıtıcı görevi gören farklı tip ekipmanlar soğuk suyun ısıtılmasında görev almaktadır. Bu ekipmanlardan birisi olan serpantin vasıtasıyla ısı transferi gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada farklı helisel boru geometrisine sahip serpantinlerde ısıl performans sayısal olarak incelenmiştir. Serpantin geometrileri 0°,10° ve 15° konik açılı tasarımlara sahiptir. Serpantin boru uzunlukları yaklaşık 5.3 metre ve tank hacmi ise 100 litre olarak seçilmiştir. Çalışma akışkanı olarak su seçilmiştir. Serpantin içerisindeki kütlesel debi 0,101 kg/s ve giriş sıcaklığı 363 K olarak belirlenmiştir. Tank tarafı laminer akış şartlarındadır ve Rayleigh sayısı 4x107 ile 1,2x108 arasında değişmektedir. Sayısal çözümde kullanım suyu için istenilen sıcaklık 50° C olarak belirlenmiştir. Sayısal çözümde istenilen sıcaklığa kadar soğuk akışkan (kullanım suyu) ısıtılmıştır ve soğuk akışkan istenilen sıcaklığa ulaştıktan sonra deşarj yapılmıştır. Sayısal analiz sonuçlarına göre 10° konik serpantin ısıtma durumunda, 15°' lik konik serpantin ise kullanım durumunda daha yüksek ısı transferine sahip olduğu belirlenmiştir. Kullanım suyunun 50° C' ye ulaşma süresi 0°,10° ve 15°'lik serpantinler için sırasıyla 1200 s., 420 s. ve 478 s. sürmüştür. Ayrıca sayısal model deneysel veriler ile doğrulanmıştır.
Spiral mini kanallı evaporatör tasarımı ve analizi
Bu tez çalışmasında, gövde içerinde spiral mini kanallar içeren disklerden oluşturulmuş evaporatör tasarlanmış ve bu ısı değiştiricinin ısıl analizi gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan ısı değiştiricisi Spiral Mini Kanallı Evaporatör (SMKE) olarak adlandırılmıştır. Disk üzerinde oluşturulan mini kanallar tek girişli ve üç girişli olarak tasarlanmıştır. Gövde içerisinde spiral kanalların bulunduğu beş adet disk yer almaktadır. Disklerin her iki yüzeyine açılan mini kanallar ile akışkan, disk üzerinden iki kez geçebilmektedir. Diskler arasındaki akış, mini kanalların giriş ve çıkışlarına yerleştirilen rakor bağlantı elemanları ile sağlanmıştır. Disk üzerinde tek ve üç geçişli akış şartları karşılaştırılmıştır. Çalışma akışkanı olarak gövde içerisinde su, mini kanal içerisinde ise R134a kullanılmıştır. Çalışma basıncı 4, 4,5 ve 5 bar olarak seçilmiştir. Soğuk akışkan giriş sıcaklığı yaklaşık olarak 0°C, -3°C ve -6°C olarak belirlenmiştir. Deneyler üç farklı kütle akısında (150 kg/m²s, 200 kg/m²s ve 250 kg/m²s) gerçekleştirilmiştir. Gövde tarafında sıcak su giriş sıcaklığı 10,5°C ve 11,5°C arasında değişmektedir. Elde edilen verilere göre; spiral disk giriş sayısı arttıkça etkinlik artmaktadır. Mini kanal giriş sayısının artması aynı debide ancak daha düşük akışkan hızında akışın gerçekleşmesine neden olmaktadır. Bu durum ısı transferinde artış ile sonuçlanmaktadır.
Faz değiştiren madde kapsüllenmiş/kapsüllenmemiş T-dirençli havalı güneş ısıtıcıların mahal ısıtma performansına etkisinin incelenmesi
Bu deneysel çalışmada içerisine makro boyutlu kalsiyum klorür hekzahidrat (CaCl2.6H2O) faz değiştiren malzeme kapsüllenmiş/kapsüllenmemiş T dirençlerin havalı güneş kollektörü performansına etkisi ve bir konutun belirli bir mahalinin ısıtılmasındaki performansı deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler çalışma akışkanının(hava) dört(4) farklı debisinde, Reynolds sayısının 4175, 8350, 12525 ve 16700 değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Her bir akışkan debisi için en az üç(3) gün deneyler yapılmıştır. Deneyler 2021 yılının 5-26 Aralık tarihleri arasında, kış iklim şartlarında gerçekleştirilmiştir. Kollektör içerisine 32 T direnç şaşırtmalı şekilde yerleştirilmiş, kolektörlerin birisinde T dirençler FDM kapsüllenecek şekilde, diğerinde ise FDM'siz (sadece direnç olacak şekilde) eşit sayıda yerleştirilmiştir. Deneysel sonuçlardan kollektör faydalı enerjisi, kollektör verimi ortam ısıtma performansı, ekserji verimi, ısıl performans katsayısı gibi bağımlı parametreler belirlenmiştir. Kolektör içerisinde kullanılan FDM'lerin hem direnç hem akışa karşı direnç, hem de ısı depolayan direnç şeklinde tasarlanması kollektörden elde edilen faydalı ısı enerjisini boş kollektöre göre 4,5 kata kadar arttırabilmektedir.
Spiral mini kanalda kaynamalı akış karakteristiklerinin incelenmesi
Eğri kanallar yapıları itibariyle ikincil akışların meydana getirmesi ve karıştırma kabiliyetleri sayesinde daha yüksek ısı transferleri oluşturma eğilimindedirler. Bunun sebebi, kanal içerisinde meydana gelen merkezkaç kuvveti ve merkezcil kuvvetin etkisi ile birlikte akış üzerinde sürekli değişen bir kuvvet değişimi ve dağılımı meydana gelmesidir. Böylece, akışın karışması ve ısı transferinin artması sağlanmaktadır. Bilindiği gibi, kaynamalı akışların daha yüksek ısı transfer katsayısına sahip olması ve üniform bir sıcaklık dağılımı oluşturması ısıtma ve soğutma uygulamaları açısından önemli bir avantajdır. Bu çalışmada eğri bir kanal yapısına sahip olan spiral mini kanallarda zorlanmış kaynama ortamında ısı transferi, basınç düşüşü ve kaynama kararsızlıkları deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak R134a kullanılmıştır. Ancak, belirlenen bir parametre için R134a için yapılan deneyler R1234yf soğutucu akışkanı için de gerçekleştirilmiş ve karşılaştırma yapılmıştır. Spiral mini kanalın iki farklı kanal boyu ve üç farklı kanal giriş sayısı çalışma parametresi olarak belirlenmiştir. Deneysel çalışmada üç farklı kütle akısında (G=100, 200 ve 300 kg/m2s), ısı akısının 0-72 kW/m2 aralığında deneyler yapılmış, kuruluk derecesi x=0,99 değerine kadar ulaşmıştır. Test sisteminde meydana gelebilecek kütle kuvvetlerinin etkisini incelemek için üç farklı SMK açısı 0° (yatay), 45° (açılı) ve 90° (dikey) olacak şekilde değiştirilmiştir. Çalışma basıncı 3, 4 ve 5 bar olarak belirlenmiş, bütün deneysel parametreler bu değerlerde test edilmiştir. Deneysel çalışmada sıcaklık, basınç ve kütle akısı değerleri için kaynama akış rejimleri yüksek hızlı kamera ile görselleştirilmiştir.v Deneylerde kütle akısının artması ITK üzerinde %150'lere varan artışlarla sonuçlanmıştır. Düz kanal deneysel sonuçlarına göre spiral mini kanal üzerindeki merkezcil ve merkezkaç kuvvetlerinin hem ITK üzerinde hem de akış rejimi üzerinde önemli bir etkisi olduğu tespit edilmiştir. İki fazlı akış rejiminde SMK'daki basınç kaybının büyük oranda artması, bu artışın ısı transferindeki artış oranına göre daha yüksek olması soğutma performans katsayısının kütle akısıyla ters orantılı olarak değişmesi ile sonuçlanmıştır. SMK için elde edilen basınç, kütle ve sıcaklık osilasyonları genel olarak literatürde verilen düz kanal kaynamalı akış kararsızlıkları ile benzer olsa da nicel olarak büyük farklılıklar içermektedir. Tek girişli SMK'da basınç osilasyonları diğer parametrelere göre 6 kata kadar arttığı gözlenmiştir. R134a soğutucu akışkan için elde edilen ITK, basınç kaybı ve basınç genlik değerleri bakımından R1234yf için elde edilen değerlerden daima daha yüksek olduğu tespit edilmiştir
Makro kapsüllenmiş bir tarafından ısıtılan dirençlerde erime katılaşma davranışının sayısal incelenmesi
Faz değişimli ısı transferi, mühendislik uygulamalarında giderek artan eğilimde yer bulmaktadır. Güneş enerjisi sistemleri, bu uygulamalardan birisidir. Günün zamanı içerisinde gün ışığının kesikli olması özellikle ısıl enerjinin depolanması hususunda alternatif yöntemlerin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu çalışmada, makro FDM kapsüllenmiş farklı geometrilerin kanal içerisindeki zorlanmış taşınım ısı transferine ve ısı depolama performansına etkisi incelenmiştir. Çalışma kapsamında kanal açısı, akışkan giriş sıcaklığı, Reynold sayısı, yüzey ısı akısı ile birlikte makro FDM kapsüllenmiş dirençler, sayısal olarak analiz edilmiştir. Isıl depolamalı dirençlerin uzunluk oranı, görüş oranı olarak belirlenmiş, görüş oranına bağlı olarak T şeklinde (AR=0.34, AR=0.67) ve dikdörtgen şeklinde (AR=1) olarak tasarlanmıştır. Reynold sayısının 4.000 ile 15.000 aralığında, türbülanslı akış rejiminde inceleme gerçekleştirilmiştir. Ayrıca hava giriş sıcaklığı 12°C ile 20°C aralığında, yüzey ısı akısı ise 500 W/m² ile 1200 W/m² arasında değiştirilmiştir. Direnç açısı ise 30°,60° ve 90° olacak şekilde gözönüne alınmıştır. Isı depolama malzemesi olarak kalsiyumklorürhekzahidrat (CaCl₂6H₂O) kullanılmıştır. Sayısal modelleme deneysel çalışmalardan elde edilen verilere göre doğrulanmıştır. Sayısal modelleme sonuçlarına göre, kanal ısı transferinin yüzey ısı akısı, kanal açısı, Reynold sayısı ve hava giriş sıcaklığı ile doğru orantılı, makro FDM kapsüllenmiş direnç görüş oranı ile ters orantılı olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen bulguların nitelik ve özgünlük açısından literatüre önemli katkı sağlayacağı değerlendirilmektedir. Elde edilen verilere göre kanal ısı transferinin artması depolanan ısı miktarının azalmasıyla sonuçlanmaktadır. Ayrıca direnç yüzey alanının artması, erime-katılaşma hızını önemli oranda etkilemekte özellikle katılaşmayı büyük oranda hızlandırmaktadır.
Tuğla kurutma kinetiğinin deneysel olarak incelenmesi
Mühendislik uygulamalarında akışkanların, ısının ve kütlenin transferi önemli bir yere sahiptir. Kütle transferi için itici kuvvet konsantrasyon farkı olup özellikle suni kurutma tekniğine dayalı uygulamalarda nem kontrolü etkin proses ve kurutucu tasarımı bakımından önemlidir. Günümüzde özellikle gıdaların kurutulması prosesi oldukça güncel çalışma konusu olup artan bir ilgi ile sürdürülmektedir. Kurutma prosesi ürünlerin kullanım kalitelerinin ve raf ömürlerinin artırılması bakımından önemlidir. Buna karşın kurutma prosesleri enerji sarfiyatı bakımından oldukça maliyetli olabilmektedir. Bunun dışında endüstriyel ürünlerin kurutulmasında kurutma prosesi ve kurutucu seçimi özel bir bilgi ve yetenek gerektirmektedir. Toprak sanayi insanlık tarihi kadar eskidir. İlk çağlardan günümüze kadar toprak ve toprak ürünleri insanlığın temel kaynağını oluşturmaktadır. Günümüzde toprak ürünlerinden tuğla ve kiremit hala geniş ve etkin bir kullanım alanına sahiptir. Çorum sanayinin önemli bir bölümünü Tuğla-Kiremit üreticileri oluşturmaktadır. Toprak yapısı ve toprak kaynakları bakımından Çorum ülkemizde Tuğla-Kiremit üretim potansiyeli olarak ilk sıralarda yer almaktadır. Tuğla üreticilerinin büyük bir bölümü doğal kurutma yöntemlerini tercih etmektedir. Bu durum ürün sarfiyatını ve kalitesini önemli oranda etkilemektedir. Bu bakımdan tuğla üretiminde kurutma süreci üretim maliyeti, üretim süresi ve ürün kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu çalışmada, Çorum bölgesindeki tuğlanın kuruma davranışını incelemek için kabin tip kurutucu tasarlanarak imal edilmiş ve kurutucu hava hızı, hava sıcaklığı, kabin basıncı ve tuğla yönü gibi farklı bağımsız parametrelerin kuruma kinetiği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kurutucu hava sıcaklığının 62, 76 ve 90 C değerlerinde, kabin içerisinde Reynolds sayısının yaklaşık 21000-34000 aralığında ve tuğla açısının 0, 45 ve 90 derece değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Hem basma hem de çekme şartlarında aynı deneyler tekrarlanmıştır. Böylece vakum basıncının da kuruma kinetiği üzerindeki etkisi belirlenmiştir. Kütledeki değişim 15 dakika aralıklarla ölçülerek kaydedilmiştir. Hem basma hem de çekme durumu için nem içeriğini sağlayan bir matematiksel formül geliştirilmiştir. Deneyler sonucunda, hava sıcaklığının ve hızının yükselmesi ile birlikte kuruma hızının arttığı ve kuruma süresinin azaldığı görülmüştür. Çekme durumunda kurutma süresini basma durumuna göre daha kısa ve tuğlanın akışa paralel (0) yerleştirilmesi durumunda kütle transferi daha hızlı gerçekleştiği belirlenmiştir.
Tuğla kurutma kinetiğinin deneysel olarak incelenmesi
Mühendislik uygulamalarında akışkanların, ısının ve kütlenin transferi önemli bir yere sahiptir. Kütle transferi için itici kuvvet konsantrasyon farkı olup özellikle suni kurutma tekniğine dayalı uygulamalarda nem kontrolü etkin proses ve kurutucu tasarımı bakımından önemlidir. Günümüzde özellikle gıdaların kurutulması prosesi oldukça güncel çalışma konusu olup artan bir ilgi ile sürdürülmektedir. Kurutma prosesi ürünlerin kullanım kalitelerinin ve raf ömürlerinin artırılması bakımından önemlidir. Buna karşın kurutma prosesleri enerji sarfiyatı bakımından oldukça maliyetli olabilmektedir. Bunun dışında endüstriyel ürünlerin kurutulmasında kurutma prosesi ve kurutucu seçimi özel bir bilgi ve yetenek gerektirmektedir. Toprak sanayi insanlık tarihi kadar eskidir. İlk çağlardan günümüze kadar toprak ve toprak ürünleri insanlığın temel kaynağını oluşturmaktadır. Günümüzde toprak ürünlerinden tuğla ve kiremit hala geniş ve etkin bir kullanım alanına sahiptir. Çorum sanayinin önemli bir bölümünü Tuğla-Kiremit üreticileri oluşturmaktadır. Toprak yapısı ve toprak kaynakları bakımından Çorum ülkemizde Tuğla-Kiremit üretim potansiyeli olarak ilk sıralarda yer almaktadır. Tuğla üreticilerinin büyük bir bölümü doğal kurutma yöntemlerini tercih etmektedir. Bu durum ürün sarfiyatını ve kalitesini önemli oranda etkilemektedir. Bu bakımdan tuğla üretiminde kurutma süreci üretim maliyeti, üretim süresi ve ürün kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu çalışmada, Çorum bölgesindeki tuğlanın kuruma davranışını incelemek için kabin tip kurutucu tasarlanarak imal edilmiş ve kurutucu hava hızı, hava sıcaklığı, kabin basıncı ve tuğla yönü gibi farklı bağımsız parametrelerin kuruma kinetiği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kurutucu hava sıcaklığının 62, 76 ve 90 C değerlerinde, kabin içerisinde Reynolds sayısının yaklaşık 21000-34000 aralığında ve tuğla açısının 0, 45 ve 90 derece değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Hem basma hem de çekme şartlarında aynı deneyler tekrarlanmıştır. Böylece vakum basıncının da kuruma kinetiği üzerindeki etkisi belirlenmiştir. Kütledeki değişim 15 dakika aralıklarla ölçülerek kaydedilmiştir. Hem basma hem de çekme durumu için nem içeriğini sağlayan bir matematiksel formül geliştirilmiştir. Deneyler sonucunda, hava sıcaklığının ve hızının yükselmesi ile birlikte kuruma hızının arttığı ve kuruma süresinin azaldığı görülmüştür. Çekme durumunda kurutma süresini basma durumuna göre daha kısa ve tuğlanın akışa paralel (0) yerleştirilmesi durumunda kütle transferi daha hızlı gerçekleştiği belirlenmiştir.
Periyodik daralan–genişleyen mini kanalda kaynama davranışının incelenmesi
Mühendislik uygulamaları içerisinde özellikle soğutma sistemlerinin gelişmesine bağlı olarak mini kanallarda ısı transferi ve iki fazlı akış incelemeleri büyük oranda güncelliğini korumaktadır. Mini kanallarda iki fazlı akışın kontrolü optimum şartlarda ve boyutlarda daha etkin bir sistemin tasarlanması için büyük bir öneme sahiptir. Tek ve iki fazlı akışlarda ısı transferinin iyileştirilmesi aktif ve pasif olmak üzere iki yöntem ile sağlanmaktadır. Bu çalışmada kanal geometrisi periyodik olarak daralan – genişleyen dikdörtgen bir mini kanalda kaynama incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak R-134a kullanılmıştır. Mini kanallar H/R=1 (düz), H/R=0,8 ve H/R=0,5 üç farklı tipte olacak şekilde imal edilmiştir. Mini kanal hidrolik çapı (Dh)1,83 mm' dir. Deneyler, soğutucu akışkanın üç farklı kütle akılarında (G=100 – 200 – 400 kg/m2s), ısı akısının (q) 0 – 180 kW/m2 aralığında gerçekleştirilmiştir. Çalışma basıncı 3 ve 4 bar olarak sabitlenmiştir. Deneyler boyunca soğutucu akışkanın mini kanala giriş sıcaklığı -1°C de sabit tutulmuştur. Sıcaklık ve basınç ölçümleri ile eş zamanlı olarak akış kaynaması rejimleri yüksek hızlı kamera ile görselleştirilmiştir. Deneysel bulgularda ısıtma yüzey alanının kaynama olayında önemli bir etkiye sahip olduğu, daralan – genişleyen kanal geometrisinde maksimum ısı transfer yüzey alanında minimum direnç boyunun etkin olduğu, yüksek soğutucu akışkan debilerinde ısı taşınım katsayısının yüksek ancak çıkış kuruluk derecesinin düşük olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: mini kanal, kaynama, daralan genişleyen kanal, R-134a