Konveyörlü bir kurutucuda farklı geometrik şekillere sahip gözenekli yapıların kurutma kinetiğinin sayısal analizi

Bu çalışmada konveyörlü bir kurutucuda sıcak havayla kurutma işleminin sayısal analizi ile ilgili birçok çalışma gerçekleştirilmiş, çalışmalar aşama aşama geliştirilerek kurutma prosesindeki farklı parametrelerin kurutma performansına olan etkileri incelenmiştir. Kurutulan cisimler olarak gıda ürünleri, özellikle sebze ve meyve ürünleri tercih edilmiş, ürünlerin özellikleri ise daha önce gerçekleştirilmiş olan deneysel çalışmalardan alınmıştır. Sayısal çalışmalar iki boyutlu ve üç boyutlu olarak nemli cisimlerin durağan ve hareketli durumları için ele alınmıştır. Zamana bağlı kanal akışında ve gözenekli cisim içinde bütünleşik ısı ve kütle transferi problemi için iki boyutlu ve üç boyutlu durumlarda konvektif kurutma performansı için optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. İlk olarak, iki boyutlu laminer akış koşullarında kanal içerisinde sabit durumdaki nemli gözenekli dikdörtgen şeklindeki cisim ele alınmış, belli kurutma süresi içerisinde farklı kurutma koşulları altında cisim içerisindeki nem kaybının zamanla değişimi gözlenmiştir. Burada değişken parametreler olarak kurutma havası giriş hızı ve sıcaklığı ele alınmıştır. Kurutma işleminin ilk evrelerinde cismin dış yüzeylerinden olan ve özellikle köşelerden olan nem kaybının maksimum düzeyde olduğu görülmüştür. Ayrıca, kanal hava akış yönüne göre ön kısımda kalan yüzey kurutmada nem kaybının en çok yaşandığı yüzey olmuştur. Kurutma havası hızı ve sıcaklığı değerlerinin her ikisinin de artması nem kaybında artışa sebep olmuştur. Çalışmada, kanal içerisine akışı etkileyen döner bir silindir eklenmiş kurutma üzerinde farklı parametrelerle olan etkisi incelenmiştir. Bu çalışmada, döner cismin büyüklüğünün, dönüş yönünün ve kanal içerisindeki konumunun akışı ve kurutma performansını etkilediği görülmüştür. Dairesel cismin dönüş yönüne bağlı olarak kurutulan cismin farklı yüzeylerinde nem kaybı miktarları değişmiştir. Ayrıca silindirin kanal içerisinde kurutulan cisme olan uzaklığı arttıkça kurutmaya etkisi de azalmış, aynı etki silindir küçüldükçe de azalmıştır. Bundan sonra üç boyutlu kanal içerisinde biden fazla kübik cismin kurutulması ele alınmış, cisimlerin birbiri ile arasındaki mesafe ve kanaldaki yerleşim şeklinin etkileri incelenmiştir. Burada da cisimler arası mesafenin artışı ile arkadaki cisimlerdeki nem kaybının fazlalaştığı görülmüştür. Sonraki çalışmalarda, iki boyutlu kanalda cisme hareket eklenmiş ve cismin kurutma kanalı içerisindeki hareketinin de etkisi hava hızı ve sıcaklığının etkisi ile birlikte incelenmiştir. Aynı etki bir sonraki çalışmada üç boyutlu kanal içerisindeki cisimler için de incelenmiştir. Cisme hareket kazandırmanın kurutma performansı üzerinde olumsuz bir etkisi görülmemiştir. Farklı şekilli cisimlerin kurutma performansının incelendiği çalışmada, daire, kare ve üçgen şeklindeki cisimlerin kurutulması sayısal olarak incelenmiştir. Bu çalışmada da özellikle dairesel şeklin kurutulma işleminde daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Aynı çalışmada bu şekil için farklı malzeme özellikleri ile kurutma işlemi incelenmiş, her malzemenin kurutma performansı ortaya konmuştur. Kanal içerisinde farklı kombinasyonlarla kanala yerleştirilen iki eş kare cismin kurutulmasının sayısal olarak incelendiği bir başka çalışmada, cisimler üzerinden olan ısı transferini maksimuma çıkaracak yerleşimi bulmak için bir optimizasyon çalışması yapılmış, kanaldaki cisimlerin birbirlerine olan optimum yatay ve dikey mesafeler elde edilmiştir. Daha sonra kütle transferleri de farklı parametrelerde incelenmiş, maksimum kütle transferinin de optimum aralık değerlerinde olduğu görülmüştür. Benzer bir çalışma daha sonra üç boyutlu kanalda üç kübik eş cisim için yapılmış, kütle transferinin maksimum değeri optimum aralıklarda elde edilmiştir. Optimizasyon çalışmalarında Yapay Sinir Ağları (YSA/ANN) ve Uygun Ortagonal Ayrıklaştırma (UOA/POD) yöntemleri kullanılmıştır. Tez kapsamında yapılan sayısal çalışmalardan elde edilen sonuçlar konvektif kurutmada farklı durumlar için (üç boyutlu kanal, çok sayıda nemli cisim, nemli-gözenekli cisimlerin hareket halinde olması, kanal içinde türbülanslı akış koşulları vb.) etkin parametrelerin kurutma performansına etkisinin ortaya konulmasında ve sonra yapılacak olan deneysel ve sayısal çalışmalarda referans olarak kullanılabilir. Özellikle bu çalışma kapsamında geliştirilen optimizasyon çalışmaları, zamana bağlı üç boyutlu hem kanal içinde hem de gözenekli cisim içinde bütünleşik ısı-akış ve kütle transferi probleminin çözümünde büyük avantaj sağlamakta ve çok sayıda cismin yer aldığı büyük ölçekteki kurutma sistemlerinin modellenmesinde simülasyon zamanını önemli ölçüde kısaltmaktadır.